ingeniería sismoresistente - sesión 3: interacción sísmica suelo-estructura en edificios con...
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II Diplomado de Especialización Profesional en Ingeniería Estructural Módulo I: Ingeniería EstructuralTRANSCRIPT
INTERACCION SISMICA
SUELO-ESTRUCTURA EN
EDIFICIOS CON PILOTES
DR. GENNER VILLARREAL CASTRO DOCTOR (Ph.D) EN INGENIERIA SISMO-RESISTENTE
PROFESOR PRINCIPAL EN PREGRADO Y POSTGRADO UPC
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
USO DE LA CIMENTACION CON
PILOTES
• En Kobe, los daños en las
cimentaciones superficiales
fueron 1,5 veces mayor que en
cimentaciones con pilotes
• Sobretodo se usa para
edificios altos
• Se usa cuando los suelos son
desfavorables
• El grupo de pilotes permite la
disminución de la deformación
de la edificación en 3 a más
veces, comparándolo con la
cimentación superficial
1) NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87
MODELOS DINAMICOS
MASAS EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL
N
i
N
i
oipizrredz mmmm1 1
,,
*
,
N
i
i
N
i
pixrredx mmmm1
0,
1
,
*
,
N
i
rihi
N
i
ihpizrred mhrmrm1
2
2
2
,0,
1
2
,,
*
,,
N
i
ivi
N
i
ivpixrred rmrm1
2
,0,
1
2
,,
*
,,
COEFICIENTES DE RIGIDEZ
p
INEK b
redx
_3
,
pb
redz
redz
redz
ANE
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KK
0
*
,
*
,
,
1
N
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red rN
KK
1
2
,
,
,
N
i
iv
redx
red rN
KK
1
2
,
,
,
AMORTIGUACION RELATIVA
zx 6,0
z 5,0
z 3,0
2) MODELO DE ILICHEV – MONGOLOV –
SHAEVICH
COEFICIENTES DE RIGIDEZ
4
1
2
1
2
3
2
2
nCyC
CnnCK
n
i
i
x
2
2
3
4
1
2
1C
CnnCyCK
n
i
i
1nCK z
CALCULO DE EDIFICIO DE 16 PISOS, CONSIDERANDO
LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
8000 8000
A B C
60
00
60
00
60
00
60
00
60
00
1
2
3
4
5
6
DIAFRAGMA D1
DIAFRAGMA D2
DIAFRAGMA D1
1 1
500
50
0
250
32
00
0
2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
20
00
400
400
18000
Z
Y
X
o
V
V (t) - ACCION SISMICA
CENTRO DE RIGIDEZ
DEL CABEZAL
705-720
689-704
673-688
657-672
641-656
305-320 289-304
225-240
241-256
257-272
273-288 177-192
209-224
193-208 97-112
81-96
65-80
49-64
33-48
17-32
1-16
113-128
161-176
145-160
129-144
449-464 465-480
417-432 433-448
385-400 401-416
353-368 369-384
321-336 337-352
481-496 561-576
497-512 577-592
513-528 721-736
529-544 609-624
545-560 625-640
X
Y c.m.
* (P1-P16)
753-768
737-752
8000 8000
500250125500 3
2
DIAFRAGMA D1
5001000
2502
3
1000
500
1000
2502503
2
DIAFRAGMA D2
6000500
500 125 3
2
2
3
Masas traslacionales y rotacionales
COEFICIENTES DE RIGIDEZ
Modelo dinámico Kx
(T/m)
Ky
(T/m)
Kz
(T/m)
Kφx
(T.m)
Kφy
(T.m)
Kψz
(T.m)
Norma Rusa 1113617 1113617 8570395 728483575 228543867 124353898
Ilichev 172083 171577 3456000 297033316 95433316 -
Edificio sin interacción suelo-estructura
Edificio con interacción suelo-estructura
N
Modelo dinámico
Período de vibración por la forma (s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Común 1,791 0,753 0,485 0,471 0,216 0,163 0,131 0,106 0,092 0,074
2 Ilichev 1,866 1,081 0,561 0,506 0,321 0,283 0,193 0,166 0,143 0,126
3 Norma Rusa 1,824 0,937 0,574 0,476 0,221 0,198 0,172 0,136 0,103 0,102
N
Modelo dinámico
Frecuencia angular por la forma (rad/s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Común 3,51 8,35 12,96 13,33 29,06 38,67 47,93 59,22 68,07 84,45
2 Ilichev 3,37 5,81 11,21 12,42 19,58 22,19 32,56 37,94 43,94 49,87
3 Norma Rusa 3,45 6,71 10,95 13,21 28,46 31,72 36,64 46,17 60,82 61,36
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION NUMERICA
NORMA PERUANA E030-2003 (α=00)
N
Modelo dinámico
Desplazamiento máximo
(mm)
DIAFRAGMA
Xmáx
Ymáx
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 0,13 77,56 170,04 343,31 3110,01 0,12
2 Ilichev 0,19 83,05 177,25 393,73 3299,68 0,14
3 Norma Rusa 0,18 79,36 174,66 358,55 3178,37 0,13
N
Modelo dinámico
COLUMNA
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(т.м)
Mt,máx
(т.м)
1 Común 378,07 4,04 7,22 0,01
2 Ilichev 390,94 4,34 7,77 0,01
3 Norma Rusa 380,88 4,06 7,25 0,01
NORMA PERUANA E030-2003 (α=450)
N
Modelo dinámico
Desplazamiento máximo
(mm)
DIAFRAGMA
Xmáx
Ymáx
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 23,70 54,91 126,01 301,14 7370,92 0,56
2 Ilichev 35,72 58,83 120,55 254,28 5288,51 0,40
3 Norma Rusa 29,88 56,22 123,74 273,98 5748,65 0,53
N
Modelo dinámico
COLUMNA
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(т.м)
Mt,máx
(т.м)
1 Común 274,86 3,05 5,44 0,06
2 Ilichev 257,04 2,88 5,13 0,04
3 Norma Rusa 269,92 2,97 5,30 0,06
NORMA PERUANA E030-2003 (α=900)
N
Modelo dinámico
Desplazamiento máximo
(mm)
DIAFRAGMA
Xmáx
Ymáx
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 33,60 0,11 0,84 426,46 10443,55 0,76
2 Ilichev 50,62 0,21 0,78 359,46 7484,36 0,53
3 Norma Rusa 42,34 0,20 0,79 388,78 8141,42 0,74
N
Modelo dinámico
COLUMNA
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(т.м)
Mt,máx
(т.м)
1 Común 306,84 2,91 5,14 0,08
2 Ilichev 272,74 2,44 4,31 0,06
3 Norma Rusa 296,23 2,62 4,63 0,08
ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE (31.05.1970)
ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE (31.05.1970)
N
Modelo dinámico
Desplazamiento
máximo (mm)
DIAFRAGMA
Xmáx Ymáx Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 0,06 17,47 40,81 183,50 1298,00 0,05
2 Ilichev 0,06 19,82 46,60 214,80 1439,00 0,06
3 Norma Rusa
(sin disipación)
0,06 18,47 41,78 199,30 1334,00 0,06
4 Norma Rusa
(con disipación)
0,06 18,16 41,12 192,90 1321,00 0,06
N
Modelo dinámico
COLUMNA
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 114,20 1,58 2,69 0,005
2 Ilichev 125,90 1,94 3,30 0,006
3 Norma Rusa
(sin disipación)
118,60 1,70 2,91 0,006
4 Norma Rusa
(con disipación)
117,70 1,66 2,83 0,006
ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)
ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)
N
Modelo dinámico
Desplazamiento
máximo (mm)
DIAFRAGMA
Xmáx Ymáx Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 0,20 70,45 150,90 534,00 3638,00 0,15
2 Ilichev 0,22 80,50 171,20 591,60 4056,00 0,18
3 Norma Rusa
(sin disipación)
0,22 75,22 166,30 551,20 3719,00 0,18
4 Norma Rusa
(con disipación)
0,22 73,09 161,20 547,30 3690,00 0,18
N
Modelo dinámico
COLUMNA
Nmáx
(T)
Vmáx
(T)
Mmáx
(T.m)
Mt,máx
(T.m)
1 Común 345,20 5,50 9,38 0,015
2 Ilichev 446,10 6,52 10,52 0,018
3 Norma Rusa
(sin disipación)
392,00 6,07 10,35 0,018
4 Norma Rusa
(con disipación)
377,90 6,03 10,28 0,018
PRIMER PERIODO DE VIBRACION ( 4,1% ILICHEV)
CONCLUSIONES
0
0.5
1
1.5
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Formas de vibración
Pe
río
do
s d
e
vib
rac
ión
(s
)
Común Ilichev Norma Rusa
NORMA PERUANA E030-2003
α Хmáx
(%)
Ymáx
(%)
Nmáx
(%)
Vmáx
(%)
Mmáx
(%)
Mt,máx
(%)
00 ↑46,2 ↑7,1 ↑3,4 ↑14,7 ↑6,1 ↑16,7
450 ↑50,7 ↑7,1 ↓6,5 ↓15,6 ↓28,3 ↓28,6
900 ↑50,7 ↑90,9 ↓11,1 ↓15,7 ↓28,3 ↓30,3
CALCULO POR ACELEROGRAMAS
α Хmáx
(%)
Ymáx
(%)
Nmáx
(%)
Vmáx
(%)
Mmáx
(%)
Mt,máx
(%)
00 ↑10,0 ↑14,3 ↑29,2 ↑17,1 ↑11,5 ↑20,0
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OX (NORMA PERUANA E030-2003)
0
10
20
30
40
50
60
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
De
sp
laza
mie
nto
en
el e
je
OX
(m
m)
Común Ilichev Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OY (NORMA PERUANA E030-2003)
0
20
40
60
80
100
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Desp
lazam
ien
to e
n e
l
eje
OY
(m
m)
Común Ilichev Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OY
0
20
40
60
80
100
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
De
sp
laza
mie
nto
po
r e
l
eje
OY
(m
m)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
FUERZA AXIAL MAXIMA
(NORMA PERUANA E030-2003)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Fu
erz
a a
xia
l (T
)
Común Ilichev Norma Rusa
FUERZA AXIAL MAXIMA
0
100
200
300
400
500
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
N (
T)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
FUERZA CORTANTE MAXIMA
(NORMA PERUANA E030-2003)
0
100
200
300
400
500
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Fu
erz
a c
ort
an
te (
T)
Común Ilichev Norma Rusa
FUERZA CORTANTE MAXIMA
0
200
400
600
800
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
V (
T)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
MOMENTO FLECTOR MAXIMO
(NORMA PERUANA E030-2003)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Mo
men
to f
lecto
r (T
.m)
Común Ilichev Norma Rusa
MOMENTO FLECTOR MAXIMO
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
M (
T.m
)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
DISTRIBUCION DE ENERGIA EN EL EDIFICIO
EFECTO DE DISIPACION DE ENERGIA
Ymáx
(%)
Nmáx
(%)
Vmáx
(%)
Mmáx
(%)
↓2,8 ↓3,6 ↓3,2 ↓1,0
AMORTIGUADOR 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 16-vo PISO
17 221
102 306
X
Y
DESPLAZAMIENTOS VERTICALES DE LA LOSA DEL 16vo 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
•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 NORMA RUSA con
disipación de energía en la base (amortiguador en
el centroide del cabezal)
* El efecto de flexibilidad de la base de fundación
será muy notorio en edificios con suelo blando
¡MUCHAS GRACIAS!