Este documento trata sobre la interacción entre el suelo y la estructura. Explica la importancia de considerar esta interacción para evaluar de manera más realista la respuesta sísmica de una estructura. También describe conceptos clave como la dinámica de suelos, los tipos de interacción suelo-estructura, y los modelos comúnmente usados para evaluar los efectos de esta interacción.

1. INTERACCIÓN SUELO -
ESTRUCTURA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

2. INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA
GENERALIDADES DE SISMOS
OBJETIVO DEL ANÁLISIS DE INTERACCIÓN ESTRUCTURA DEL
SUELO
IMPORTANCIA
DINÁMICA DE SUELOS
ESTUDIO DE INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA
TIPOS DE INTERACCION SUELO ESTRUCTURA
MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA
Fuente: www.rib-software.com

3. INTRODUCCIÓN

4. INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA
INTRODUCCIÓN
• Perú se encuentra ubicado en una zona sísmicamente activa.
• En general el análisis de las estructuras sometidas a fuerzas
sísmicas se supone fija la base para simplificar el problema
matemático pero ello conduce a un error grave en la
evaluación de la respuesta global bajo cargas dinámicas porque
dependiendo del tipo de suelo en el que se encuentre
cimentada la estructura, ya sea roca o suelo blando esta
interactuara de manera diferente en ambos casos.
• El proceso en el que la respuesta del suelo influye en el
movimiento de la estructura y la respuesta de la estructura
influye en el movimiento del suelo, se conoce como interacción
suelo-estructura.
• El propósito del siguiente trabajo es simplemente proporcionar
una descripción básica de los fenómenos de interacción suelo-
estructura, para proporcionar una idea de las condiciones bajo
las cuales puede ser significativo, e introducir algunos de los
métodos que se usan comúnmente para evaluar sus efectos.
Fuente: www.rib-software.com

5. GENERALIDADES
DE
SISMOS

6. GENERALIDADES DE SISMOS
• Los sismos son vibraciones de la corteza
terrestre, generadas por distintos
fenómenos, como la actividad volcánica,
la caída de techos de cavernas
subterráneas y hasta por explosiones.
(Bazán & Meli, 1999).
• Los sismos son liberaciones de energía
en el interior de la corteza terrestre y
que se manifiestan en forma de
vibraciones, desplazamientos de la
superficie del terreno en el cual
construimos, el cual se propaga en
ondas.
• Existen dos tipos de ondas las
longitudinales y las transversales.
Fuente: Saez, Miguel. (2016)

7. GENERALIDADES DE SISMOS
Fuente: Ing. Gálvez, Paul

8. SISMICIDAD DEL PERÚ
• Zona Norte; Tumbes hasta el Valle del Marañón,
focos superficiales cerca del litoral y intermedios
tierra adentro.
• Zona Central; Presencia de algunos enjambres
sísmicos, con focos superficiales (litoral) y/o
intermedios.
• Zona Sur; Sismicidad zona de contacto interplacas
y la cadena volcánica del Sur (Misti, Chachani,
Ubinas, etc), focos superficiales e intermedios.
• Zona Oriental; Actividad sísmica profunda, por lo
general no exceden a los 4 grados de intensidad
(Escala de Mercalli Modificada). Fuente: D.S. N° 003-2016-VIVIENDA (2016)
FACTOR DE PELIGROSIDAD SÍSMICA

9. OBJETIVO DEL
ANÁLISIS DE ISE

10. OBJETIVO DEL ANÁLISIS DE INTERACCIÓN SUELO -
ESTRUCTURA
Mas realista
Comportamiento del suelo y la respuesta de masas de
suelo durante la aplicación acciones dinámicas.
Excitación Sísmica Modelado
Estructura
Suelo
Dinámica Estructural
Dinámica de Suelos
Interactuan
Video
Suelo
infinitament
e rígido
Es valido?
Kramer S. (1996).

11. IMPORTANCIA

12. • Despreciar la interacción no puede
representar la respuesta sísmica real, ya
que la rigidez general del sistema está
sobreestimada y la amortiguación está
subestimada.
• Generalmente se espera que el ISE
dinámico induzca un aumento
significativo del período fundamental
de la estructura y un aumento de la
amortiguación, reduciendo así la
demanda sísmica de la estructura
(Veletsos y Meek, 1974).
• Un tema importante en la evaluación
de la vulnerabilidad sísmica de un
edificio.
IMPORTANCIA DE INTERACCIÓN SUELO
ESTRUCTURA
Fuente: Bilotta, E. et al. (2015).

13. DINÁMICA
DE
SUELOS

14. • Rama de la Mecánica de Suelos que
estudia las propiedades y
comportamiento del suelo bajo
esfuerzos dinámicos.
• Las propiedades dinámicas del suelo
definen el comportamiento que éste
asumirá ante un evento sísmico.
• Los parámetros más importantes son
los siguientes:
Módulo de Young, 𝐸.
Módulo de corte, 𝐺.
Coeficiente de Poisson, 𝑣.
Amortiguamiento, ξ.
Parámetros de licuación
DINÁMICA DE SUELOS
Fuente: Suarez, Jaime (2018).

15. • Es un parámetro elástico que representa el
cambio de forma que puede experimentar
un espécimen de suelo cuando se le
aplican esfuerzos cortantes, en una prueba
de torsión cíclica, se puede obtener a
través de la pendiente de la gráfica
deformación angular contra esfuerzo
cortante, obtendremos distintos módulos
de rigidez como ciclos de histéresis
tengamos.
• Se puede calcular un valor medio durante
el ciclo completo, el cual se puede
aproximar por el modulo secante de
cortante expresado como:
MÓDULO DE CORTE DINÁMICO
Fuente: Braja M. Das, Ramana G.V. (2010). Video

16. • Este parámetro representa la proporción
de deformación que puede sufrir un
espécimen de suelo sujeto a tensiones o
compresiones, medido en materiales con
comportamiento lineal e isótropo. Los
métodos para la obtención de este
parámetro son sumamente complicados,
ya sean por los métodos de campo o de
laboratorio; sin embargo, se acostumbra a
determinarlo a partir del módulo de rigidez
(𝐺) y del módulo de elasticidad (𝐸), de tal
manera que en una expresión matemática
pueden ser representados los tres como:
COEFICIENTE DE POISSON

17. • Este parámetro está asociado con la
capacidad del suelo para disipar energía en
otros tipos de energía, existen dos tipos de
amortiguamiento, su clasificación depende
principalmente de la pérdida de energía y
viscosidad: amortiguamiento histerético:
corresponde a la pérdida de energía
debido al deslizamiento en los contactos
de las partículas, que genera la creación o
pérdida de contactos, cuando la partícula
es reacomodada; amortiguamiento
viscoso; se debe a la pérdida de viscosidad
debido al movimiento relativo entre el
líquido y la partícula.
COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO
Video
Fuente: Suarez, Jaime (2018).

18. ESTUDIO DE LA
INTERACCIÓN
SUELO -
ESTRUCTURA

19. 1. FILOSOFÍA Y PRINCIPIOS DEL DISEÑO
SISMORRESISTENTE
Consiste en:
• Evitar pérdida de vidas humanas.
• Asegurar la continuidad de los
servicios básicos.
• Minimizar los daños a la propiedad.

20. 1. FILOSOFÍA Y PRINCIPIOS DEL DISEÑO
SISMORRESISTENTE
• Sobre el análisis de la
interacción suelo estructura
dentro de la Norma E.030
tenemos:

21. 2. DEFINICIÓN DE INTERACCIÓN SUELO
ESTRUCTURA
• Consiste en hacer participar
al suelo como parte del
análisis estructural.
EDIFICACIÓN
• Trabajo conjunto entre:
Suelo – cimentación –
estructura.

22. 2. DEFINICIÓN DE INTERACCIÓN SUELO
ESTRUCTURA
El suelo no es
infinitamente rígido, sino
tiene cierto grado de
amortiguación.

23. 2. DEFINICIÓN DE INTERACCIÓN SUELO
ESTRUCTURA
• El grado de amortiguación se refiere a la capacidad de disipar la
energía entregada por un sismo.
K

24. 3. TIPOS DE BASES DE SUELO
• Dos tipos de bases:
 Indeformables (roca)
 Deformables (rigidez
relativamente baja)

25. 3. TIPOS DE BASES DE SUELO
Base Indeformable Base deformable
 No hay modificaciones del movimiento
en los distintos puntos del terreno.
 No hay desplazamiento relativo de la
cimentación respecto al terreno.
 No hay componente de movimiento de
cuerpo rígido de la superestructura
(cabeceo y traslación).
 Existe una modificación del movimiento en los
distintos puntos del terreno (Efectos de sitio).
 Existe una modificación del movimiento de
campo libre, debido a la presencia de la
cimentación (interacción cinemática).
 Existe un desplazamiento relativo de la
cimentación respecto al terreno producido por
las fuerzas de inercia de la superestructura
(interacción inercial).

26. 4. ESQUEMAS DE CÁLCULO
• Esquema tradicional de
péndulo invertido.
• Tiene como limitación la
imposibilidad de la descripción
de varios efectos dinámicos del
trabajo real de la estructura.

27. 4. ESQUEMAS DE CÁLCULO
• Modelo espacial:
• Representa un cuerpo sólido con 6
grados de libertad, permitiendo
explicar las vibraciones de
desplazamiento y giro

28. 5. EFECTOS DE LA INTERACCIÓN SUELO –
ESTRUCTURA
• Mayor exigencia en el control de desplazamiento lateral
• Logra una mejor redistribución de esfuerzos por toda la
superestructura (se reducen las fuerzas internas de diseño por sismo)
• Se determina con exactitud la ubicación de las rótulas plásticas en
columnas (puede generar colapso o daño inesperado).
• Logra una optimización estructural de acuerdo a las dimensiones de
los elementos de la edificación.

29. 6. ¿QUIENES PARTICIPAN DE LA
INTERACCIÓN SUELO – ESTRUCTURA?
• SUELO
• CIMENTACION
• ESTRUCTURA

30. TIPOS DE
INTERACCIÓN
SUELO-
ESTRUCTURA

31. TIPOS DE INTERACCIÓN
SUELO – ESTRUCTURA
INTERACCIÓN
INERCIAL
INTERACCIÓN
CINEMÁTICA

32. INTERACCIÓN INERCIAL
• El suelo no es rígido – se
deformará debido a las
cargas de la estructura.
• Las deformaciones
resultantes de las fuerzas
estructurales se propagarán
lejos de la estructura.
• Energía eliminada de la
estructura - amortiguación
de la radiación.

33. INTERACCIÓN CINEMÁTICA
• Rigidez de la
cimentación o base
de la estructura.
• Incrustación
(variación del
movimiento del
suelo con
profundidad).
• Dispersión de ondas
(dispersión de
esquinas y bordes)

35. MODELOS DE
INTERACCIÓN
SUELO-ESTRUCTURA

36. MODELOS DE INTERACCIÓN
SUELO - ESTRUCURA
• Modelo de WINKLER – COEFICIENTE DE BALASTO.
• Modelo de D.D. Barkan – O. A. Savinov.
• Modelo Dinámico Norma Rusa SNIP 2.02.05-87.
• Modelo Propuesto por FEMA 440.