UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL FILIAL - LIMA
MONOGRAFÍA INTERACCIÓN SUELOS ESTRUCTURAS DOCENTE: Ing. Manuel Uchuypoma Montes U.E.C: Geotecnia TURNO: Noche PRESENTADO POR: Cortez Meza, Leonel Luna Rojas, Patricia Bravo Narváez, Jean Paul De la cruz. Rojas, Lenin Inga Montalván, David Quispe Gutiérrez, Yony LIMA - PERÚ 2017
I nter nter acci acció ón suelo sueloss estructura structur as
ÍNDICE I.
INTRODUCCIÓN................................................................................................Pag.3
II.
ABSTRAC.............................................................................................................Pag.4
III.
INTERACCIÓN SUELOS ESTRUCTURAS....................................................Pag.5
IV.
INTERACCIÓN DINÁMICA............................................................................Pag.9
4.1.MODELO DE INTERACCIÓN...............................................................................Pag.9 3.2.1. Modelo Dinámico D.D. D.D. Barkan – O.A. O.A. Savinov...................................................Pag.9 4.1.1.1.Mode 4.1.1.1.Modelo D i nám námi co D .D. .D . B ar kan – O.A. Sav Savi nov nov................................................P ag.13 4.1.1.2.Mode 4.1.1.2.Modelo D i nám námi co Winkle Wi nklerr - C oeficient fi ciente e de B alast lasto o...... ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....P ..Pa ag.13 g. 13
4.1.2. Métodos para evaluar las propiedades Dinámicas de los Suelos...................Pag.13 4.1.2.1.Pro 4.1.2.1.Pr oblem lemas que I nvo nvolucra la di di nám námi ca de de los los suelo sueloss .... . ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....P .Pa ag.19 g. 19
4.2.INTERACCIÓN ESTÁTICA..................................................................................Pag.21 4.2.1. Interacción Estática Suelos- Estructura en Cimentaciones............................Pag.21 4.2.1.1.Método iteravo....................................................................................................Pag.23 4.2.2. Métodos de Interacción Estática.......................................................................Pag.23 4.2.2.1. Procedimiento de Cálculo para la Interacción Suelo-Estructura.................Pag.23 4.2.2.2.Características Generales de Deformabilidad en los suelos...........................Pag.23 4.3.MÉTODOS SIMPLIFICADOS..............................................................................Pag.24 V.
CONCLUSIONES..............................................................................................Pag.26
VI.
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................Pag.27
2 Geotecnia
I nteracción suelos estructuras
INTRODUCCIÓN El Perú es un país altamente sísmico y según la clasificación mundial le corresponde 9 grados en la escala Mercalli Modificada. Cerca de 18 millones de peruanos viven en zonas sísmicas y están expuestos a las constantes amenazas de ocurrencias de sismos. Cabe indicar, que, en investigaciones sísmicas, aún están lejos de poder resolver el peligro sísmico, el cual se incrementa y al que están expuestos cotidianamente. Las construcciones en zonas sísmicas se incrementan a diario en nuestro país. En consecuencia, la seguridad estructural tiene un valor importante en el desarrollo nacional. La reducción de los costos, con la consecuente seguridad de las obras en zonas sísmicas es el problema central de la construcción en nuestro país. La razón fundamental en la solución de este problema es la elaboración de metodologías de cálculo sísmico de edificaciones con zapatas aisladas, considerando la real interacción suelo-estructura. La flexibilidad del suelo de fundación se refleja en los períodos, frecuencias y formas de vibración libre de las estructuras, que a su vez influyen en la magnitud de las fuerzas sísmicas. En general, este problema se ha investigado en forma insuficiente y, por lo tanto, es un campo abierto para los investigadores. Los desplazamientos diferenciales de la estructura deberán ser iguales a los originados en la superficie de apoyo de la cimentación. Así pues, la estructura de la cimentación junto con las cargas que obran sobre ella y las reacciones que se provocan en el suelo se sujetará a una determinada configuración, igual a la que el suelo adoptará debido a las reacciones que éste aporta a la estructura de cimentación para su equilibrio. La configuración de esfuerzos y deformaciones en la superficie de contacto dependerá de la rigidez de la estructura de la cimentación, de la deformabilidad del subsuelo y de la distribución de cargas que se apliquen sobre la estructura de la cimentación. 3 Geotecnia
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ABSTRAC The interaction between the foundation structure and the ground Will consist of find a system of reactions that, applied simultaneously to the foundation structure and the soil mass, produce the same configuration of differential displacements between the Teo elements. To achieve the above, it will be necessary to rely on the one hand on the laws physical properties that govern the behavior of the land mass and on the other in the nominal procedures for structural calculation in the determination of forces and deformations, taking into account the mechanical properties of the material in which the foundation structure will be built. In particular, the dynamic amplifications of the soil acquire extraordinarily high values when the predominant periods of excitation and the soil are similar. In the same way, the interaction can cause considerable increases or reductions in the structural response, depending on the relationship between the fundamental periods of the structure and the site. Specifically, when the effective period of the soil structure system approaches the dominant soil, the phenomenon of resonance takes place, making the structural response exceptionally high (Pérez et al., 2004).
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INTERACCIÓN SUELOS ESTRUCTURAS Se conoce como interacción suelo-estructura a la modificación del movimiento de terreno (en la base de la estructura) provocado por la presencia de la estructura. Existe una mayor interacción en la medida en la que el movimiento en la base de la estructura se ve más modificado por la presencia de la estructura. La interacción entre la estructura de cimentación y el suelo consistirá en encontrar un sistema de reacciones que aplicadas simultáneamente a la estructura de cimentación y a la masa del suelo produzcan la misma configuración de desplazamientos diferenciales entre los dos elementos. El procedimiento de establecer las expresiones de compatibilidad para el cálculo de los esfuerzos de contacto se designará en adelante por ISE, esto es, Interacción Suelo Estructura. Para lograr lo anterior, será necesario basarse por un lado en las leyes físicas que rigen el comportamiento de la masa del suelo y por el otro en los procedimientos nominales de cálculo estructural en la determinación de fuerzas y deformaciones, tomando en cuenta las propiedades mecánicas del material del cual será construida la estructura de cimentación. Algunos de los factores de los que depende el grado de interacción que puede existir en la respuesta sísmica de una estructura son:
Peso total de la estructura.
Rigidez lateral de la estructura.
Altura de la estructura.
Relación de esbeltez de la estructura.
Tipo de cimentación (superficial, empotrada, piloteada, etc.)
Tamaño de la cimentación.
Forma de la cimentación. 5 Geotecnia
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Rigidez de la cimentación.
Propiedades dinámicas del suelo.
Profundidad y estratigrafía del suelo.
Intensidad del movimiento sísmico.
Contenido de frecuencia del movimiento sísmico.
En términos g ener al e s , l o s factores que afectan l a it er ación dinámica suelo-estructura se pueden clasificar en: 1. Características de la superestructura. 2.
Características
de
l a ciment ación.
3.
Características del suelo.
4.
Características del movimiento de terreno.
F igura 3.1: E squema espacial de cálculo de la cimentación tipo zapata aislada.
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El problema principal de la consideración de la flexibilidad de la base de fundación consiste en la determinación de los coeficientes de rigidez (figura 3.1): Kz - coeficiente de rigidez de compresión elástica uniforme; (kN/m). Kx, Ky - coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme; (kN/m. K ϕ x, K ϕ y - coeficientes de rigidez de compresión no uniforme; (kN.m). Kψz - coeficiente de rigidez de desplazamiento no uniforme; (kN.m) En la figura3.1 se
analiza la posibilidad de considerar el amortiguamiento, dado por los parámetros de amortiguación relativa ξ z, ξ x, ξ , ϕ , ξψ o por los módulos de amortiguación Φz, Φ x, Φφ, Φψ. De esta manera, las vibraciones pueden ser descritas parcialmente por:
vibraciones verticales.
vibraciones horizontales.
vibraciones horizontal-rotacionales.
vibraciones rotacionales alrededor del eje vertical.
Dicho modelo de cálculo (figura 3.1) debe ser corregido, para el caso de la acción sísmica, bajo los siguientes principios: 1. La cimentación debe ser analizado como un cuerpo absolutamente rígido. 2. En el sistema dinámico suelo-estructura, la cimentación debe ser des crita como una masa
puntual en el centro de gravedad de la zapata aislada. 3. En calidad de acción externa actúa el efecto sísmico.
de cálculo, puede ser descrito en forma de un vector espacial V ( t), actuante en el centro de gravedad de la zapata aislada. Como esta acción es cinemática, se da en forma de un oscilograma de aceleraciones (oscilograma).
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Objetivo Fundamental del Análisis Interacción Suelo-Estructura Una carga que varía con el tiempo actúa sobre una estructura embebida en un suelo estratificado horizontalmente.
La respuesta dinámica de la estructura y en menor medida la respuesta del suelo se calcula, tomando en consideración la radiación de la energía de las ondas que se propagan en el suelo
Aspectos por resolver Una gran cantidad de investigación se ha realizado en esta área en las ultimas 2 ó 3 décadas, sin embargo, existen muchos aspectos que permanecen sin ser resueltos:
Ubicación del movimiento de control.
Métodos de análisis escogidos.
Efectos no lineales.
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3.1.INTERACCIÓN DINÁMICA Se define como un conjunto de efectos producidos en la estructura y el suelo como resultado de la deformabilidad de este ante una actividad sísmica, la interacción modifica las propiedades dinámicas relevantes que tendría la estructura supuesta con base indeformable, así como las características del movimiento del suelo en la vecindad de la cimentación. La importancia de la IDSE en la respuesta estructural está definida por el contraste que existe entre la rigidez del sistema suelo-cimentación y la rigidez de la estructura, por lo que, en estructuras rígidas (como es el caso de estructuras a base de muros de mampostería o concreto, o de marcos de concreto robustos). La IDSE consiste en un conjunto de efectos cinemáticos e inerciales producidos entre la estructura y el suelo ante solicitaciones dinámica.
3.2. MODELO DE INTERACCIÓN 3.2.1. Modelo Dinámico D.D. Barkan – O.A. Savinov Es un modelo teórico-experimental, que está basado en la forma con la que interactúa la cimentación con la base de fundación en forma de un proceso establecido de vibraciones forzadas. El científico D.D. Barkan propuso unos coeficientes de rigidez que estén en función de los coeficientes de compresión y desplazamiento elástico que actúan sobre una inercia y área. En este modelo se restringe el giro alrededor del eje Z, por lo tanto, solamente se calculan cinco de los seis grados de libertad, según las expresiones: = = =
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I nteracción suelos estructuras Cz, C : Coeficiente de compresión elástica uniforme y no uniforme. Cx: coeficiente de desplazamiento elástico uniforme. A: Área de la base de la cimentación. I : Momento de la base de la cimentación respecto al eje principal perpendicular al plano de
vibración. Por cuanto los coeficientes Cz, Cx, C ϕ , dependen no solo de las propiedades elásticas del suelo, sino de otros factores, es necesario analizarlos como ciertas características generalizadas de la base de fundación. Con el propósito de obtener las fórmulas de cálculo para los coeficientes Cz, Cx, C ϕ , analizamos dos modelos: modelo del semiespacio elástico isotrópico con poco peso y el modelo M.M. Filonenko-Borodich. Como resultado se obtuvieron las siguientes expresiones:
(3.1)
Donde: , , - coeficientes, dependientes de la relación de las dimensiones de la base de la cimentación. µ - coeficiente de Poisson. Los experimentos realizados por diversos investigadores nos
mostraron, que las fórmulas (3.1 ) nos llevan a ciertos errores, aunque estas dependencias en sentido general son cercanas a la realidad.
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Las principales deficiencias de este modelo, consiste en que no describe la dependencia entre los coeficientes Cz, Cx, C ϕ con las dimensiones de la base de la cimentación, y lo que es mucho más importante, no considera las propiedades inerciales de los suelos. Las siguientes precisiones de tal modelo se realizaron en base a las investigaciones teóricas, efectuadas por el científico O.A. Shejter para el problema de vibraciones forzadas de un cuño circular muy pesado, apoyado sobre un semiespacio elástico isotrópico. las investigaciones teóricas y experimentales permitieron identificar la dependencia de los coeficientes Cz, Cx, C ϕ con la presión estática ρ , que transmite la cimentación a la base. La forma final para determinar los coeficientes de compresión y desplazamiento de la base en el modelo D.D. Barkan-O.A. Savinov es:
Donde: C 0 , D 0 - coeficientes determinados a través de experimentos realizados para ρ = ρ 0; a, b - dimensiones de la cimentación en el plano; ∆ - coeficiente empírico, asumido para cálculos prácticos igual a 1− .
Para el coeficiente D 0 , como se mostraron en los experimentos, se puede utilizar la dependencia empírica:
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Para cálculos prácticos se recomienda utilizar las siguientes fórmulas:
Donde: E 0 - módulo de elasticidad, calculado experimentalmente para presión estática del suelo de 0,1-0,2kg/cm2. También se pueden usar los valores del coeficiente C0 cuando 2 0 ρ = 0,2kg / cm, elegidos de
acuerdo con el tipo de suelo de la base de fundación, a través de la tabla 3.1.
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3.2.2. Modelo Dinámico Winkler - Coeficiente de Balasto Uno de los métodos de cálculo más utilizado para modelizar la interacción entre estructuras de cimentación y terreno es el que supone el suelo equivalente a un número infinito de resortes elásticos -muelles o bielas biarticuladas- cuya rigidez, denominada módulo o coeficiente de balasto (K ) s , se corresponde con el cociente entre la presión de contacto (q) y el desplazamiento
-en su caso asiento- (δ): k s=q/δ
3.2.3. Métodos para evaluar las propiedades Dinámicas de los Suelos Cuando se habla de cargas dinámicas inducidas en el suelo ya sea por sismo o por otro tipo de agente generador, lo primero que se debe tener claro es que el comportamiento esfuerzodeformación con el que reacciona el suelo es de carácter no lineal, de allí surge la complejidad para la obtención de las propiedades dinámicas del suelo, ya sea por medio de pruebas de laboratorio o en pruebas de campo, esto, sin tomar en cuenta la incertidumbre que se tiene al extraer muestras representativas y las alteraciones que sufren en su transporte al laboratorio, etc.
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Las propiedades dinámicas del suelo definen el comportamiento que éste asumirá ante un evento sísmico, las principales propiedades dinámicas que se requieren en la práctica profesional son:
E : Módulo dinámico equivalente de Young.
G: Módulo dinámico al esfuerzo cortante.
Kv: Módulo dinámico de deformación volumétrica.
: Relación de Poisson. ; Amortiguamiento.
Cabe mencionar que no existe ninguna prueba que logre abarcar toda la amplitud de deformaciones que efectúan los distintos ciclos histeréticos de cargas, por otra parte, las pruebas de laboratorio tienen como ventaja principal, la economía de éstas y como desventaja la alteración de las propiedades en la transportación de las muestras al laboratorio; las pruebas de campo tienen como ventaja, el análisis del suelo en las condiciones naturales, sin embargo, suelen ser muy costosas. Las técnicas de análisis para la obtención de las propiedades dinámicas del suelo se clasifican en tres. De acuerdo con el estado actual del conocimiento, la clasificación queda como:
Los que se basan en análisis de registros de sismos (aceleró gramas y sismoscopios).
Los que se basan en análisis de pequeños sismos generados artificialmente (captación de micro tremores para la construcción de acelerogramas teóricos).
Los basados en métodos analíticos, que se apoyan en estudios de campo y laboratorio.
los métodos analíticos y teóricos de campo y laboratorio, se presenta una clasificación de los distintos métodos para ensayar el suelo en campo y laboratorio, así como los parámetros que se
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pueden determinar con estos métodos, solo se enlistan los métodos más comunes, ya que existen una gran cantidad de métodos que se han desarrollado.
a. Métodos de campo
Refracción sísmica (Vs y Vp)
Método de pozos cruzados o Cross hole (Vs)
Método de arriba de la perforación o Uphole (Vs y Vp).
Método de adentro de la perforación.
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Down hole (Vs)
Sonda suspendida (Vs y Vp)
b. Métodos de laboratorio
Propagación de ondas (G, E, )
Péndulo de torsión (G,
Columna resonante (Vs, G, , ) 16 Geotecnia
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Es el ensayo de laboratorio que se utiliza usualmente para determinar las propiedades del suelo a deformaciones inferiores a 10-4 %. Consiste en someter muestras cilíndricas de suelo, huecas o sólidas, a una carga harmónica torsional por medio de un sistema electromagnético. Este sistema normalmente aplica una carga harmónica de la que puede controlarse la amplitud y la frecuencia.
Vista superior del sistema de carga
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Vista lateral del sistema de carga.
Triaxial cíclica ( , q, E, G, , )
Es un ensayo de corte simple cíclico en el que los esfuerzos tangenciales en la probeta se imponen a través de un momento torso. Se suele realizar este ensayo con probetas huecas e imponiendo presiones de confinamiento interiores y exteriores diferentes que permiten reproducir prácticamente cualquier trayectoria de tensiones en el material ensayado y determinar la influencia de la variación en la orientación de las tensiones principales en el comportamiento del material. Se utiliza para medir las características de rigidez y amortiguamiento del material en un amplio rango de deformaciones.
Corte simple cíclico (
G, )
La probeta de suelo se sujeta a un esfuerzo de confinamiento, c. Cuando el material de la probeta se encuentra saturado se permite la disipación total del exceso hidrostático antes de 18 Geotecnia
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comenzar la prueba. Se impulsa el brazo y se registra la vibración libre, la cual representa la respuesta visco-elástica después del primer impulso
3.2.4. Problemas que Involucra la dinámica de los suelos a. Cimentación de Maquinas
Una máquina que produce vibraciones o fuerzas dinámicas desbalanceadas está apoyada en un bloque de cimentación estructural, que reposa en el suelo. Las fuerzas dinámicas de las máquinas causan movimientos en el bloque de cimentación, que si son excesivos pueden:
Imponer condiciones no confortables o imposibles de soportar en el personal que trabaja cerca de la máquina.
Causar daño a la máquina o tuberías de conexión. Producir grandes asentamientos en la cimentación que pueden impedir el funcionamiento apropiado de la máquina.
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Los movimientos del bloque de cimentación adicionalmente serán transmitidos a través del terreno a edificaciones o maquinarias adyacentes, pudiendo causar movimientos no confortables o dañinos en dichas edificaciones, o pueden causar asentamientos en la cimentación de dichas edificaciones. b.
I ngeniería Sismo resistente
La aplicación principal de la dinámica de suelos en los últimos tiempos ha sido en el establecimiento de la relación entre las condiciones del suelo y los daños durante terremotos. 1. Cimentaciones de E difi cios
Un abastecimiento grande de agua de enfriamiento es esencial para la operación y la seguridad de estas plantas; muchas plantas nucleares deben localizarse en depósitos recientes de suelo, que están cerca de grandes depósitos de agua. En la primera planta nuclear cimentada en suelo, el perfil estratigráfico mostraba arenas y arcillas blandas cerca de la superficie y una secuencia profunda de arcilla rígida y limonita sobre roca cristalina. c. H incado De Pilotes
El comportamiento dinámico del suelo debe ser tomado en cuenta en la interpretación del hincado de pilotes por medio de martillos de impacto, ya que cada golpe del martillo causa una onda de esfuerzo en el pilote y de allí al suelo circundante. La penetración durante cada golpe es rápida y está relacionada a la resistencia dinámica del suelo. Muchas de las explicaciones recientes sobre el comportamiento del hincado de pilotes toman en consideración estos fenómenos dinámicos. Existen máquinas vibratorias para el hincado de pilotes. Estas operan estableciendo una condición resonante para las ondas de salen y llegan al pilote, o una condición resonante para el sistema suelo-pilote. 20 Geotecnia
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3.2. INTERACCIÓN ESTÁTICA: La Interacción Estática Suelo Estructura (IESE) se refiere a los esfuerzos y deformaciones que se inducen, tanto en el suelo como en la estructura, debidas únicamente a las cargas gravitacionales y en el que se debe tener una compatibilidad de deformaciones entre estructura y terreno de cimentación. La influencia de la estructura puede ser en condiciones estáticas, lo cual es tratado por la interacción estática suelo-estructura, o puede ser en condiciones dinámicas, lo cual cae en el campo de la interacción dinámica suelo-estructura. Podemos distinguir dos clases de situaciones en relación con la interacción: 1. cuando los cimientos están suficientemente separados, de tal forma que la carga sobre un
apoyo no ejerce influencia sobre los desplazamientos de los apoyos vecinos (este fenómeno se presenta usualmente en zapatas aisladas). 2. cuando se trata de un cimiento continuo donde el desplazamiento de un punto de dicho
cimiento está afectado por la carga repartida en toda la subestructura (es el caso de zapatas corridas o losas de cimentación).
3.2.1. Interacción Estática Suelos- Estructura en Cimentaciones La interacción suelo-estructura es aquella parte de la ingeniería que estudia las deformaciones del terreno de cimentación cuando éstas se ven afectadas por la presencia y rigidez de la propia estructura. 3.2.1.1.Método iteravo
La interacción suelo-estructura se puede resolver mediante un método iterativo. Esto tiene aplicación en la práctica cuando se dispone de un paquete o un programa de computadora que 21 Geotecnia
I nteracción suelos estructuras sustituye al terreno de cimentación por “resortes”, que representan el módulo de reacción de dicho terreno. Dado que no se conoce a priori la “constante del resorte”, pues depende del
diagrama de reacción del suelo, que es lo que justamente se está buscando, se tiene que recurrir a un procedimiento iterativo (Chamecki, 1956), que consiste en suponer valores iniciales de las “constantes de los resortes”, y con ellas computa r por una parte las deformaciones de la
estructura, y por otra las deformaciones del suelo; la diferencia entre deformaciones de estructur a y suelo permite ajustar la “constante del resorte”; el proceso se repite hasta que coinciden las deformaciones de estructura y terreno. El método se usa de la siguiente forma: a. En el terreno se entra con las cargas y se determinan las deformaciones δi con la
matriz de flexibilidades del suelo (se puede iniciar con la reacción uniforme); los módulos de reacción (o “constantes de los resortes”) se obtienen
=
( )(( ))
b. En la estructura se entra con las Kvi y se calculan las deformaciones; las reacciones
por unidad de longitud (en t/m) se obtienen =
( )()
donde es la longitud en que actúa . Con estos valores de se entra nuevamente al suelo (inciso a), y el proceso se repite hasta que coinciden las deformaciones de estructura y suelo.
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3.2.2. Métodos de Interacción Estática Son aquellos procedimientos que para el cálculo de las deformaciones del terreno de cimentación toman en cuenta la rigidez de la estructura. Todos estos métodos están basados en el principio de que en el contacto cimiento-terreno los desplazamientos tanto de la subestructura como los del terreno son iguales, es decir, existe compatibilidad de deformaciones entre estructura y suelo.
3.2.2.1.Procedimiento de Cálculo para la Interacción Suelo-Estructura
Se calculan los desplazamientos de la subestructura.
Se calculan los desplazamientos del terreno de cimentación.
Se establece la compatibilidad de deformaciones entre estructura y suelo.
3.2.2.2.Características Generales de Deformabilidad en los suelos a. Su curva esfuerzo deformación unitaria es no lineal
Consideremos una muestra de suelo sometido a una presión de confinamiento P y apliquemos un esfuerzo desviador, se observa que el tramo inicial es una línea recta, después de cierto esfuerzo se convierte en una curva de concavidad hacia abajo. A la pendiente d la recta inicial se le conoce como modulo tangente inicial E, del suelo, como se muestra.
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3.3. MÉTODOS SIMPLIFICADOS pueden ser usados bajo dos objetivos: 1. En definir de la importancia de varios efectos de interacción, y así determinar si un
análisis más riguroso es requerido o determinar que aspecto del problema se debe modelar cuidadosamente. 2. Para verificar e interpretar los resultados de análisis más complejos Estudios
paramétricos Estos estudios se realizan para determinar la importancia de varios parámetros de interacción bajo diferentes condiciones y así obtener una sensibilidad de los resultados.
¿Porque es importante conocer la interacción suelo-estructura? El efecto de la interacción suelo-estructura es de mucha importancia, porque en el análisis y diseño estructural, ningún edificio podría aislarse del suelo de fundación. Cabe resaltar, su influencia en la determinación de los modos de vibración y la distribución de los esfuerzos en el edificio y la cimentación. Por lo cual, el suelo de fundación no debe considerarse como un valor o cantidad, sino estudiarse en un comportamiento integral con el edificio, en el cual se establezcan determinados parámetros de rigidez de la cimentación, que se determinan en base a investigaciones o procesos teóricos-experimentales, que consideran las características de la acción sísmica.
¿Para qué es importante la interacción suelo-estructura? Es importante la interacción suelo-estructura, para poder garantizar la estabilidad tanto de la estructura como un todo y de cada uno de sus elementos, el sistema de resistencia sísmica deberá existir por lo menos en dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales. 24 Geotecnia
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para evitar la vulnerabilidad de las diferentes edificaciones es necesario que cuenten con un grado de seguridad aceptable. Ya que en nuestro país las construcciones se encuentran en zonas altamente sísmicas que llegarían a los 9 grados en la escala de Mercalli Modificada (MM).
¿Dónde se considera la interacción suelo-estructura? cuando los cimientos están suficientemente separados de tal forma que la carga sobre un apoyo no ejerce influencia sobre los desplazamientos de los apoyos vecinos (éste fenómeno se presenta generalmente en zapatas aisladas), cuando se trata de un cimiento continuo donde el desplazamiento de un punto de dicho cimiento está afectado por la carga repartida en toda la subestructura (es el caso de zapatas corridas o losas de cimentación)Una vez generado el sistema de ecuaciones entre estructura y suelo se establece la compatibilidad de deformaciones entre ambos medios, resolviéndose así el problema al obtener las deformaciones del suelo y reacciones sobre la estructura. Para llevar a cabo este proceso de interacción suelo-estructura se deberán conocer como mínimo las propiedades esfuerzo-deformación-tiempo para cada uno de los estratos que forman el subsuelo y hasta una profundidad a la cual ya no le afecten en sus cálculos de interacción.
¿Cuándo se debe tener en cuenta la interacción suelo-estructura? Se debe tener en cuenta en todo estudio y proyecto que se va a realizar o ejecutar la construcción. Además, en varios casos se tiene que adicionar problemas que surgen por el terreno, como suelo de baja resistencia, cercanía con cortes tectónicos, relieves complejos, entre otros. Por otro lado, es necesaria la revisión y ampliación periódica de la Norma E-030 de Diseño Sismorresistente, la Norma E-050 Suelos y Cimentaciones. De igual forma se debe revisar detalladamente las diversas Normas del Reglamento Nacional de Edificaciones “RNE”. 25 Geotecnia
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CONCLUSIONES En conclusión, el procedimiento de cálculo para interacción suelo estructura consiste en tres pasos: a) Se calculan los desplazamientos de la estructura. El cálculo de los desplazamientos provocado por la acción de cargas sobre la estructura se realiza utilizando el método de rigidez. b) Se calculan los desplazamientos del suelo de cimentación. Estos se calculan en función de las cargas que actúan sobre él (por tercera ley de Newton, a toda reacción corresponde una reacción igual en magnitud y de sentido contrario (Deméneghi y coautores, 2003) y, c) Una vez generado el sistema de ecuaciones entre estructura y suelo se establece la compatibilidad de deformaciones entre ambos medios, resolviéndose así el problema al obtener las deformaciones del suelo y reacciones sobre la estructura.
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BIBLIOGRAFÍA:
Interacción Sísmica Suelo Estructura en Edificaciones con Zapatas Aisladas (libro Premio Nacional ANR 2006) “Dr. Genner Villarreal Castro”.
Apuntes de Cimentaciones, Interacción Suelo-Estructura. Agustín Demenéghi Colina, Margarita Puebla Cadena, Héctor Sanginés García, Profesores del Departamento de Geotecnia, División de Ingeniería Civil, Topográfica y Geodésica, Facultad de Ingeniería, UNAM.
http://www.demecanica.com/Geotecnia/geotecnia.htm
civilgeeks.com/2012/02/27/la-interacción-suelo-estructura-ii/
Principios de Ingeniería de cimentaciones. Braja M. Das, California State University, Sacramento, International Thomson Editores. Impreso México D.F 2001.
Interacción Suelo-Estructura y diseño estructural de cimentaciones. Reunión conjunta SMMS, SMIS, SMIE. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C. México D.F. 1992.
Manual de Mecánica de Suelos y Cimentaciones: Caracterización de los suelos. Ángel Muelas Rodríguez.
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