II Diplomado de Especialización Profesional en Ingeniería Estructural Módulo I: Ingeniería Estructural

1. 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

2. 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

4. MODELOS DINAMICOS
1) NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87

5. MASAS EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL
N
N
i 1
i 1
*
m x ,red  mr   x  mi , p   mi ,0
m z ,red  mr  
  ,red   ,r  
N
*
z
m
i, p
i 1
N
*
z
N
  mi ,o
i 1
N
2
m r   mi ,0 rh2,i  h2 mr

2
i , p h ,i
i 1
 ,red   ,r  
i 1
N
*
x
N
m r   mi ,0 rv2,i

i 1
2
i , p v ,i
i 1

6. COEFICIENTES DE RIGIDEZ
_
K x ,red
NEb I  3

p
*
K z ,red
K z ,red 
1
*
K z ,red l 0
NEb Ap
K  ,red 
K z ,red
K ,red 
K x ,red
N
N
N
r
2
h ,i
i 1
N
r
i 1
2
v ,i

7. AMORTIGUACION RELATIVA
 x  0,6 z
  0,5 z
  0,3 z

8. 2) MODELO DE ILICHEV – MONGOLOV –
SHAEVICH

9. COEFICIENTES DE RIGIDEZ
K x  nC 2 
n 2 C32
n
C1  yi2  nC 4
i 1
K z  nC1
C32
K   C1  yi2  nC4  n
C2
i 1
n

10. CALCULO DE EDIFICIO DE 16 PISOS, CONSIDERANDO
LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
DIAFRAGMA D1
6000
6
500
6000
500
5
4
6000
250
DIAFRAGMA D2
3
1
6000
1
6000
2
DIAFRAGMA D1
1
8000
A
8000
B
C

11. 2000
2000
2000
2000
2000
2000
Z
32000
2000
2000
2000
CENTRO DE RIGIDEZ
DEL CABEZAL
400
400
2000
o
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
18000
2000
2000
2000
Y

V
V (t)
X
- ACCION SISMICA

12. 177-192
81-96
449-464
273-288
465-480
545-560
625-640
705-720
161-176
65-80
257-272
417-432
433-448
529-544
609-624
689-704
145-160
49-64
241-256
385-400
513-528
Y
737-752
721-736
c.m.
401-416
* (P1-P16)
X
673-688
753-768
129-144
33-48
225-240
353-368
369-384
497-512
577-592
657-672
113-128
17-32
209-224
321-336
337-352
481-496
1-16
289-304
561-576
97-112
641-656
305-320
193-208

13. DIAFRAGMA D1
3
250
250
2
1000
1000
500
2
250
3
500
125
3
250
1000
2
8000
500
8000
500

14. DIAFRAGMA D2
500
125
3
2
2
500
6000
3

15. Masas traslacionales y rotacionales

16. 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
-

17. Edificio sin interacción suelo-estructura

18. Edificio con interacción suelo-estructura

19. RESULTADOS DE LA INVESTIGACION NUMERICA
Período de vibración por la forma (s)
N
Modelo dinámico
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

20. NORMA PERUANA E030-2003 (α=00)
Desplazamiento máximo
(mm)
N
DIAFRAGMA
Modelo dinámico
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
COLUMNA
N
Modelo dinámico
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

21. NORMA PERUANA E030-2003 (α=450)
Desplazamiento máximo
(mm)
N
DIAFRAGMA
Modelo dinámico
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
COLUMNA
N
Modelo dinámico
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

22. NORMA PERUANA E030-2003 (α=900)
Desplazamiento máximo
(mm)
N
DIAFRAGMA
Modelo dinámico
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
COLUMNA
N
Modelo dinámico
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

23. ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE (31.05.1970)

24. ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE (31.05.1970)
Desplazamiento
máximo (mm)
N
DIAFRAGMA
Modelo dinámico
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
COLUMNA
N
Modelo dinámico
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

25. ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)

26. ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)
Desplazamiento
máximo (mm)
N
DIAFRAGMA
Modelo dinámico
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
COLUMNA
N
Modelo dinámico
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

27. Períodos de
vibración (s)
CONCLUSIONES
2
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Formas de vibración
Común
Ilichev
Norma Rusa
PRIMER PERIODO DE VIBRACION ( 4,1% ILICHEV)

28. 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

29. Desplazamiento en el eje
OX (mm)
60
50
40
30
20
10
0
0
45
90
Angulo de inclinación del sismo
Común
Ilichev
Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OX (NORMA PERUANA E030-2003)

30. Desplazamiento en el
eje OY (mm)
100
80
60
40
20
0
0
45
90
Angulo de inclinación del sismo
Común
Ilichev
Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OY (NORMA PERUANA E030-2003)

31. Desplazamiento por el
eje OY (mm)
100
80
60
40
20
0
Común
Iliche v
N orm a R usa
Modelo dinámico
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OY

32. Fuerza axial (T)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
45
90
Angulo de inclinación del sismo
Común
Ilichev
Norma Rusa
FUERZA AXIAL MAXIMA
(NORMA PERUANA E030-2003)

33. 500
N (T)
400
300
200
100
0
Común
Iliche v
N orm a R usa
Modelo dinámico
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
FUERZA AXIAL MAXIMA

34. Fuerza cortante (T)
500
400
300
200
100
0
0
45
90
Angulo de inclinación del sismo
Común
Ilichev
Norma Rusa
FUERZA CORTANTE MAXIMA
(NORMA PERUANA E030-2003)

35. V (T)
800
600
400
200
0
Común
Ilichev
Norma Rusa
Modelo dinámico
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
FUERZA CORTANTE MAXIMA

36. Momento flector (T.m)
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
45
90
Angulo de inclinación del sismo
Común
Ilichev
Norma Rusa
MOMENTO FLECTOR MAXIMO
(NORMA PERUANA E030-2003)

37. M (T.m)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Común
Ilichev
Norm a R usa
Modelo dinámico
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima
MOMENTO FLECTOR MAXIMO

38. DISTRIBUCION DE ENERGIA EN EL EDIFICIO
EFECTO DE DISIPACION DE ENERGIA
Ymáx
(%)
Nmáx
(%)
Vmáx
(%)
Mmáx
(%)
↓2,8
↓3,6
↓3,2
↓1,0

39. AMORTIGUADOR EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL
CENTROIDE DEL CABEZAL
ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE
Modelo dinámico
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

40. ALABEO EN LA LOSA DEL 16-vo PISO
102
306
Y
X
17
221
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

41. •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

42. ¡MUCHAS GRACIAS!
pccigvil@upc.edu.pe