ingeniería sismoresistente - sesión 2: interacción sísmica suelo-estructura en edificaciones con...
DESCRIPTION
II Diplomado de Especialización Profesional en Ingeniería Estructural Módulo I: Ingeniería EstructuralTRANSCRIPT
INTERACCION SISMICA SUELO-ESTRUCTURA EN EDIFICACIONES
CON CIMENTACIONES SUPERFICIALES
DR. GENNER VILLARREAL CASTRO DOCTOR (Ph.D) EN INGENIERIA SISMO-RESISTENTE
PROFESOR PRINCIPAL EN PREGRADO Y POSTGRADO UPC
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
Acele
ració
n e
sp
ectr
al (g
)
0.4
0.6
0.8
0.2
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Periodo (seg)
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
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
MODELO DINAMICO DE INTERACCION
SISMICA SUELO-CIMENTACION
SUPERFICIAL-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 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
Modelo de Winkler E.
2
11
11
21
h
EC
2
2
2
22
1
1
1
1
2121
1
E
h
E
hC
Solo un estrato de suelo:
Para dos estratos de suelo:
C 1
q
CALCULO DE EDIFICACIONES CON PLATEAS DE
CIMENTACION SOBRE BASES ELASTICAS
Modelo de Pasternak P.L.
2
11
11
21
h
EC
1
112
16
hEC
2
2
2
22
1
1
1
1
2121
1
E
h
E
hC
2
222
22
1
11
2
2
21
33116
1
hEhEC
Solo un estrato de suelo:
•Para dos estratos de suelo:
C 1
C 2 C 2
q
Modelo del Semiespacio Elástico
c
kkz
H
hvV
).(
Cabe indicar que el programa LIRA 9.2 ofrece la
posibilidad de realizar dicho calculo.
)1(62
s
ck
V
HEC
).
(
).(
k
kzpk
kzpk
z
E
h
hE
)1(21
sc
k
VH
EC
OBJETO DE INVESTIGACION
Características de la edificación
Edificación típica de 5 pisos, con sistema estructural aporticado
Altura de entre piso
3.5m
Columnas
50 x40cm
Vigas
Sentido en “X” (40x60cm)
Sentido en “Y” (50 x60cm)
Sobrecarga
200 kg/m2
Losas
1er al 4to piso (20cm)
5to piso (18cm)
Primer estrato: Arcilla Arenosa:
A 1m : E = 3100 T/m2
ν = 0,24
A 2m : E = 3350 T/m2
ν = 0,25
A 3m : E = 3 650 T/m2
ν = 0,27
A 4m : E = 3900 T/m2
ν = 0,28
Segundo Estrato : Arena Densa
A 5m : E = 6400 T/m2
ν = 0,30
A 6m : E = 7500 T/m2
ν = 0,31
A 7m : E = 8500 T/m2
ν = 0,33
A 8m : E = 9600 T/m 2
ν = 0,34
CARACTERISTICAS DEL SUELO
MODELO UN ESTRATO DOS ESTRATOS
C1 C2 C1 C2
WINKLER 1011,79 - - -
PASTERNAK 1011,79 1851,85 721,55 4756,41
SEMIESPACIO
ELASTICO 956,58 1773,06 726,49 3418,67
Se dividió la platea en elementos de 1,0 m x 1,0 m
COFICIENTES DE RIGIDEZ
MODELACION ESTRUCTURAL
RESULTADOS DE INVESTIGACION
RESULTADOS DE INVESTIGACION
Características del suelo:
SUELO FLEXIBLE
Primer estrato:
A 1m : E = 500 T/m2
ν = 0,17
A 2m : E = 650 T/m2
ν = 0,18
A 3m : E = 800 T/m2
ν = 0.20
A 4m : E = 950 T/m2
ν = 0,21
SUELO INTERMEDIO
Primer estrato: A 1m : E = 3100T/m2
ν = 0,24
A 2m : E = 3350 T/m2
ν = 0,25
A 3m : E = 3650 T/m2
ν = 0,27
A 4m : E = 3900 T/m2
ν = 0,28 SUELO RIGIDO
Primer estrato:
A 1m : E = 9000 T/m2
ν = 0,30
A 2m : E = 10500 T/m2
ν = 0,31
A 3m : E = 13500 T/m2
ν = 0,33
A 4m : E = 15000 T/m2
ν = 0,34
COMPARACIÓN ENTRE TIPO DE SUELOS
COMPARACIÓN ENTRE TIPO DE SUELOS
SUPERESTRUCTURA
20
30
40
50
60
70
80
90
FLEXIBLE INTERMEDIO RIGIDO
Desp
lazam
ien
tos e
n X
(m
m)
DESPLAZAMIENTOS
COMPARACIÓN ENTRE TIPO DE SUELOS
SUBESTRUCTURA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
FLEXIBLE INTERMEDIO RIGIDO
Asen
tam
ien
tos e
n Z
(m
m)
ASENTAMIENTOS
CALCULO DE EDIFICIO APORTICADO DE 5 PISOS
CON ZAPATAS AISLADAS, CONSIDERANDO LA
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
400
600
5000
5000
5000
5000
6000 6000
1 1
15
0
25
0
40
05
00
50
05
00
50
0
32
0
18
0
10
00 35
00
35
00
35
00
35
00
35
00
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)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Fu
erz
a a
xia
l (T
)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Mo
me
nto
fle
cto
r (T
.m)
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 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
máximo (mm) FUERZAS INTERNAS
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
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
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
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
N (
T)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba
0
5
10
15
20
25
30
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
M (
T.m
)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba
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!