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• Juan Carlos Jimenez

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INTERACCION SISMICA SUELO-ESTRUCTURA EN EDIFICACIONES CON ZAPATAS AISLADAS DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

PRINCIPALES AREAS DE INVESTIGACION SISMICA • METODOS ESTADISTICOS (PROBABILISTICOS) → sismos son procesos eventuales no estacionarios • INTERACCION SUELOESTRUCTURA → contacto dinámico entre la base y la estructura

i

• NO-LINEALIDAD GEOMETRICA Y FISICA → diagramas no-lineales desplazamientodeformación (geométrica) y esfuerzo-deformación (física) • TRABAJO ESPACIAL Y MULTIPLES COMPONENTES DE ACCION SISMICA

Módulo Tangencial de Paso

i

Base empotrada

Base aislada

junta sísmica

DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO SISMICO

Aceleración espectral (g)

0.8

0.6

0.4

0.2

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Periodo (seg)

EFECTO DEL AISLAMIENTO EN LAS DEMANDAS SISMICAS DE RESISTENCIA

Edificaciones con aislamiento y amortiguación sísmica

MODELOS DINAMICOS DE INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA mn

m2 .. X20

m1

.. X10

Péndulo invertido

mn

mk

Dx

m1

Kx D

K

Rayanna B., Munirudrappa N. (India)

m1

m2

m3

Kobori T. y otros (Japón)

mn

mk

m4

m1

.. X (t)

m5

m6

m2

m3

.. X (t + t1)

.. X (t + t2)

Onen Y.H., Tomas M.S. (Turquía)

men

mek

me2 ms1

ms5

ms2

me1

ms3

ms4

ms6

ms7

ms8

ms9

Birulia D.N. (Rusia)

mj knk 2

kj

m nk 2

m nk 2

knk 2



k 2

k 2

m0 k0

Ukleba D.K. (Uzbekistán)

m1

mo Cx

Kz

Cz

Kx

ms Cs Ks

Palamaru G., Cosmulescu P. (Rumanía)

x2

X2

c

0

x3

x1

X1

X3

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

Giróscopo vertical libre o sistema vertical de cuerpos sólidos unidos elásticamente

m2 k1

b2

b1 k21

k 2 k22

m1 b21

b22

Sistema vertical de dos cuerpos sólidos con conexiones elásticas

k1

b1 k J b

k 2

b2

Ilichev V.A. (Rusia) – Semiespacio elástico homogéneo e isótropo

MODELO DINAMICO DE INTERACCION SISMICA SUELO-ZAPATA AISLADASUPERESTRUCTURA

COEFICIENTES DE RIGIDEZ 1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

K z  Cz A K x  Cx A

K   C I

 2(a  b)   C z  C0 1  .  . A   0   2(a  b)   C x  D0 1  .  . A   0   2(a  3b)   C  C0 1  .   . A   0

2. MODELO V.A. ILICHEV

E( Z )

z    E0 tg .  1   

K1 .K 2 K K1  K 2

VIBRACIONES ROTACIONALES

K  C2  ..k .a 2

B  C2 ..b .a

M   .a .m 5

4

3

VIBRACIONES HORIZONTALES (VERTICALES)

K X ( Z )  C2  ..k X ( Z ) .a 2

B X ( Z )  C2 ..bX ( Z ) .a 2

M X ( Z )  .a 3 .m X ( Z )

3. MODELO A.E. SARGSIAN





28,8. 1   2 . .C 22 . A Kx   .(7  8 ) 8,52. .C 22 .I K   .(1   ). A

 .C12 . A Kz  .1   2 

(1   ).E C  (1   ).(1  2 ). 2 1

E C  2.(1   ). 2 2

4. MODELO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87

K z  Cz A K x  Cx A K  C I 

K  C I

 C z  b0 E 1  

A10 A

C x  0,7C z

C  2C z C  C z

   

E z  6 C z pm

 x  0,6 z

  0,5 z   0,3 z

CALCULO DE EDIFICACION DE 5 PISOS, CONSIDERANDO LA INTERACCION SUELOESTRUCTURA

5000

5000

5000

400

600

5000

1

6000

6000

1

3500

1000

320

180

500

3500

500

3500

500

3500

500

3500

250

150

400

21-25

46-50

141-145 16-20

121-125

116-120

161-165 41-45 111-115

106-110 136-140

156-160 y 36-40

11-15 96-100 131-135

6-10

x 101-105

31-35

126-130

181-185

66-70 176-180

CM(P1-P5)

151-155

86-90

71-75

61-65

171-175 56-60

91-95 146-150

166-170

26-30 1-5

76-80

81-85

51-55

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

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

Períodos de vibración (s)

1

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Formas de vibración Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

NORMA PERUANA E030-2003 (α=00) Desplazamiento máximo (mm)

N

FUERZAS INTERNAS

Modelo dinámico 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)

Desplazamiento en el eje OY (mm)

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

45

90

Angulo de inclinación del sismo Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

14

Fuerza axial (T)

12 10 8 6 4 2 0 0

45

90

Angulo de inclinación del sismo Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

Momento flector (T.m)

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

45

90

Angulo de inclinación del sismo Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

ACELEROGRAMA DE LIMA Desplazamiento máximo (mm) N

FUERZAS INTERNAS

Modelo dinámico 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)

PROGRAMA LIRA v. 9.0

10

5

7

4

8

1

9

2

Z

6

Y

3

X

K traslacional 

EA l

3EI K rotacional  l

NORMA RUSA SNIP II-7-81* Desplazamiento máximo (mm) N

FUERZAS INTERNAS

Modelo dinámico 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)

Desplazamiento en el eje OY (mm)

25 20 15 10 5 0 Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

Modelos dinámicos Norma Peruana E030-2003

Norma Rusa SNIP II-7-81*

Acelerograma de Lima

Acelerograma de Moyobamba

DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

25

N (T)

20 15 10 5 0 Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

Modelos dinámicos Norma Peruana E030-2003

Norma Rusa SNIP II-7-81*

Acelerograma de Lima

Acelerograma de Moyobamba

30

M (T.m)

25 20 15 10 5 0 Común

Barkan

Ilichev

Sargsian

Norma Rusa

Modelos dinámicos 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

53958

Misses

EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

17500

14000

10500

7000

3500

-1000 8670

16761

24862

32943

41034

Misses

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

17500

14000

10500

7000

3500

-1000 7272

13978

20684

27390

34096

Misses

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! [email protected]