interaccion sismica suelo-pilote-superestructura

INTERACCION SISMICA

SUELO-PILOTE-

SUPERESTRUCTURA EN

EDIFICIOS ALTOS

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, CAPI

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

lK

KK

0

*

,

*

,

,

1

N

i

ih

redz

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


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

6000

6000

6000

6000

6000

1

2

3

4

5

6

DIAFRAGMA D1

DIAFRAGMA D2

DIAFRAGMA D1

1 1

500

500

250

32000

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


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


N

Modelo dinámico


(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


N

Modelo dinámico


(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)



16-vo PISO EN EL EJE OY (NORMA PERUANA E030-2003)

0

20

40

60

80

100

0 45 90


Desp

lazam

ien

to e

n e

l

eje

OY

(m

m)



16-vo PISO EN EL EJE OY

0

20

40

60

80

100


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


Fu

erz

a a

xia

l (T

)


FUERZA AXIAL MAXIMA

0

100

200

300

400

500


Modelo dinámico

N (

T)




FUERZA CORTANTE MAXIMA


0

100

200

300

400

500

0 45 90


Fu

erz

a c

ort

an

te (

T)


FUERZA CORTANTE MAXIMA

0

200

400

600

800


Modelo dinámico

V (

T)




MOMENTO FLECTOR MAXIMO


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 45 90


Mo

men

to f

lecto

r (T

.m)


MOMENTO FLECTOR MAXIMO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500


Modelo dinámico

M (

T.m

)




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

ASPECTOS A MEJORAR EN LA

NORMA PERUANA DE ESTRUCTURAS

• Insuficiente consideración de los procesos

ondulatorios

• Inexacta determinación de la influencia de los

suelos en las cargas sísmicas

• Inexacta consideración del componente vertical

• Falta de conocimientos de los métodos

modernos de aislamiento sísmico

• Insuficiente consideración de los métodos de la

teoría de seguridad

¡MUCHAS GRACIAS!

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