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]
