Interaccion Sismica Suelo-Estructura

INTERACCION SISMICA SUELO-ESTRUCTURA EN

EDIFICACIONES CON ZAPATAS AISLADAS

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, CAPI

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

PRINCIPALES AREAS DE

INVESTIGACION SISMICA

• METODOS

ESTADISTICOS

(PROBABILISTICOS) →

sismos son procesos

eventuales no

estacionarios

• INTERACCION SUELO-

ESTRUCTURA →

contacto dinámico entre

la base y la estructura

• NO-LINEALIDAD

GEOMETRICA Y FISICA

→ diagramas no-lineales

desplazamiento-

deformación (geométrica)

y esfuerzo-deformación

(física)

• TRABAJO ESPACIAL Y

MULTIPLES

COMPONENTES DE

ACCION SISMICA

i Módulo Tangencial de Paso

i

DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO

SISMICO

Base aislada Base

empotrada

junta sísmica

EFECTO DEL AISLAMIENTO EN LAS DEMANDAS SISMICAS DE RESISTENCIA

Ac

ele

rac

ión

es

pe

ctr

al

(g)

0.4

0.6

0.8

0.2

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Periodo (seg)

Edificaciones con aislamiento y amortiguación

sísmica

MODELOS DINAMICOS DE

INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

1 m

m 2

m n

X

X

..

..

20

10

Péndulo invertido

Rayanna B., Munirudrappa N. (India)

1m

mn

mk

D

K

x

x

D K

Kobori T. y otros (Japón)

m1

2m

m3

Onen Y.H., Tomas M.S. (Turquía)

km

4m

1m

5m

2m

6m

3m

mn

..X (t) (t + t )X

..1 2

..X (t + t )

Birulia D.N. (Rusia)

men

ekm

e2m

e1m s3m s4ms2ms1m

s5m s6m s7m s8m s9m

Ukleba D.K. (Uzbekistán)

k

mnk

2

22nkm

k j

jm

2knk

nkk2

2k

m0

0k

Palamaru G., Cosmulescu P. (Rumanía)

1m

mo

sm

xC

Kx

zKCz

Cs

sK

Nikolaenko N.A., Nazarov Yu.P. (Rusia)

2x

x1

x3

X2

X3

X1

c

0

Giróscopo vertical libre o sistema vertical de

cuerpos sólidos unidos elásticamente

Sistema vertical de dos cuerpos sólidos con

conexiones elásticas

m2

k2

b21b1k

1m

k21

b21

22b22k

Ilichev V.A. (Rusia) – Semiespacio elástico

homogéneo e isótropo

2 2

1 1b

bk

k

b

k

J

MODELO DINAMICO DE INTERACCION

SISMICA SUELO-ZAPATA AISLADA-

SUPERESTRUCTURA

COEFICIENTES DE RIGIDEZ

1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

ACK zz

ACK xx

ICK

0

0 ..

)(21

A

baCCz

0

0 ..

)(21

A

baDCx

0

0 ..

)3(21

A

baCC

2. MODELO V.A. ILICHEV

1.0)(

ztgEE Z

21

21.

KK

KKK

VIBRACIONES ROTACIONALES

32

2 ... akCK

4

2 ... abCB

maM .. 5

VIBRACIONES HORIZONTALES (VERTICALES)

akCK ZXZX ... )(

2

2)(

2

)(2)( ... abCB ZXZX

)(

3

)( .. ZXZX maM

3. MODELO A.E. SARGSIAN

)87.(

...1.8,28 2

2

2

ACK x

A

ICK

).1.(

...52,8 2

2

2

2

1

1.

..

ACK z

).21).(1(

).1(2

1

EC

).1.(2

2

2

E

C

4. MODELO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87

ACK zz

ACK xx

ICK

ICK

zx CC 7,0

A

AEbCz

10

0 1

zCC 2

zCC

mz

zpC

E6

zx 6,0

z 5,0

z 3,0

CALCULO DE EDIFICACION DE 5 PISOS,

CONSIDERANDO LA INTERACCION SUELO-

ESTRUCTURA

400

600

5000

5000

5000

5000

6000 6000

1 1

150

250

400

500

500

500

500

320

180

1000 3500

3500

3500

3500

3500

21-25116-120 121-125

46-5071-75

141-145 161-165 181-185

16-20106-110 111-115

66-7041-45

136-140 156-160 176-180

11-1536-40

96-100 101-105

61-65

131-135 151-155 171-175

6-1031-35

86-90 91-95

56-60

126-130 146-150 166-170

1-5 76-80

26-30

81-85 51-55

y

x

CM(P1-P5)

Edificación sin interacción suelo-estructura

Edificación con interacción suelo-estructura

NORMA PERUANA E030-2003

N Modelo

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

Pe

río

do

s d

e v

ibra

ció

n (

s)

Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

N Modelo

dinámico

Desplazamiento

máximo (mm) FUERZAS INTERNAS

Xmáx Ymáx Nmáx

(T)

Vmáx

(T)

Mmáx

(T.m)

Mt,máx

(T.m)

1 Común 1,38

(P.5)

12,04

(P.5)

10,20

(21)

4,23

(56,66)

10,69

(56,66)

0,19

(varios)

2 Barkan 1,59

(P.5)

12,68

(P.5)

9,42

(1)

4,02

(56,66)

10,55

(56,66)

0,19

(varios)

3 Ilichev 1,77

(P.5)

14,94

(P.5)

7,67

(1)

3,51

(61)

10,15

(56,66)

0,19

(varios)

4 Sargsian 1,72

(P.5)

14,83

(P.5)

7,81

(1)

3,58

(61)

10,16

(56,66)

0,19

(varios)

5 Norma Rusa 1,65

(P.5)

13,03

(P.5)

9,11

(1)

3,92

(56,66)

10,46

(56,66)

0,19

(varios)

NORMA PERUANA E030-2003 (α=00)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 45 90

Angulo de inclinación del sismo

De

sp

laza

mie

nto

en

el

eje

OY

(m

m)


DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

0

2

4

6

8

10

12

14

0 45 90


Fu

erz

a a

xia

l (T

)


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 45 90


Mo

me

nto

fle

cto

r (T

.m)


N Modelo dinámico

Desplazamiento


Xmáx Ymáx Nmáx

(T)

Vmáx

(T)

Mmáx

(T.m)

Mt,máx

(T.m)

1 Común 2,43

(P.5)

17,41

(P.5)

21,30

(21)

11,19

(56)

25,54

(56)

0,36

(varios)

2 Barkan 2,52

(P.5)

17,79

(P.5)

20,51

(1)

10,54

(56)

21,28

(56)

0,35

(varios)

3 Ilichev

(sin disipación)

3,55

(P.5)

23,97

(P.5)

15,55

(1)

7,38

(61)

15,01

(56)

0,33

(varios)

4 Ilichev

(con disipación)

3,36

(P.5)

23,13

(P.5)

15,86

(1)

7,49

(61)

15,42

(56)

0,33

(varios)

5 Sargsian 3,29

(P.5)

22,73

(P.5)

16,02

(1)

7,65

(61)

15,64

(56)

0,34

(varios)

6 Norma Rusa

(sin disipación)

2,68

(P.5)

18,59

(P.5)

19,08

(1)

9,60

(56)

19,63

(56)

0,35

(varios)

7 Norma Rusa

(con disipación)

2,66

(P.5)

18,19

(P.5)

19,49

(1)

9,89

(56)

20,47

(56)

0,35

(varios)

ACELEROGRAMA DE LIMA

PROGRAMA LIRA v. 9.0

5 7

19

63

2

8

410

Z

Y

X

l

EAK altraslacion

l

EIK rotacional

3

N Modelo dinámico

Desplazamiento


Xmáx Ymáx Nmáx

(T)

Vmáx

(T)

Mmáx

(T.m)

Mt,máx

(T.m)

1 Común 1,59

(P.5)

14,14

(P.5)

18,14

(21)

7,47

(56,66)

19,97

(56,66)

0,23

(varios)

2 Barkan 1,78

(P.5)

15,47

(P.5)

17,85

(1)

6,80

(56,66)

18,79

(56,66)

0,23

(varios)

3 Ilichev 2,45

(P.5)

20,45

(P.5)

15,05

(1)

5,00

(61)

14,04

(56,66)

0,23

(varios)

4 Sargsian 2,36

(P.5)

19,82

(P.5)

15,22

(1)

5,22

(61)

14,42

(56,66)

0,23

(varios)

5 Norma Rusa 1,89

(P.5)

16,29

(P.5)

17,52

(1)

6,58

(56,66)

18,57

(56,66)

0,23

(varios)

NORMA RUSA SNIP II-7-81*

0

5

10

15

20

25


Modelos dinámicos

De

sp

laza

mie

nto

en

el

eje

OY

(m

m)

Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*

Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba

DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

0

5

10

15

20

25


Modelos dinámicos

N (

T)



0

5

10

15

20

25

30


Modelos dinámicos

M (

T.m

)



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

17500

14000

10500

7000

3500

-1000

7272 13978 20684 27390 34096Misses

EDIFICACION POR EL MODELO V.A. ILICHEV

•El mayor efecto de flexibilidad de la base de

fundación se da en el modelo ILICHEV

* El menor efecto de flexibilidad de la base de

fundación se da por el modelo BARKAN

* Para el cálculo estructural se debe exigir el

ANALISIS TIEMPO-HISTORIA, siendo el

ANALISIS ESPECTRAL referencial.

* El efecto de flexibilidad de la base de

fundación será muy notorio en edificios

con suelo blando

* Se debe de incorporar en la Norma

Peruana el efecto de INTERACCION

SUELO-ESTRUCTURA

¡MUCHAS GRACIAS!

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Interaccion Sismica Suelo-Estructura

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