Curso de Genner Villareal

1. INTERACCION SISMICA
SUELO-ESTRUCTURA EN
EDIFICACIONES CON
ZAPATAS AISLADAS
DR. GENNER VILLARREAL CASTRO
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, CAPI
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

2. PRINCIPALES AREAS DE
INVESTIGACION SISMICA
• METODOS
ESTADISTICOS
(PROBABILISTICOS) →
sismos son procesos
eventuales no
estacionarios
• INTERACCION SUELO-
ESTRUCTURA →
contacto dinámico entre
la base y la estructura

3. • NO-LINEALIDAD
GEOMETRICA Y FISICA
→ diagramas no-lineales
desplazamiento-
deformación (geométrica)
y esfuerzo-deformación
(física)
• TRABAJO ESPACIAL Y
MULTIPLES
COMPONENTES DE
ACCION SISMICA
i Módulo Tangencial de Paso
i

4. DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO
SISMICO
Base aislada
Base
empotrada
junta sísmica

5. EFECTO DEL AISLAMIENTO EN LAS DEMANDAS
SISMICAS DE RESISTENCIA
Aceleraciónespectral(g)
0.4
0.6
0.8
0.2
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Periodo (seg)

6. Edificaciones con aislamiento y amortiguación
sísmica

7. MODELOS DINAMICOS DE
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
1m
m2
mn
X
X
..
..
20
10
Péndulo invertido

8. Rayanna B., Munirudrappa N. (India)
1m
mn
mk
D
K
x
x
D K

9. Kobori T. y otros (Japón)
m1
2m
m3

10. Onen Y.H., Tomas M.S. (Turquía)
km
4m
1m
5m
2m
6m
3m
mn
..
X(t) (t + t )X
..
1  2
..
X(t + t )

11. Birulia D.N. (Rusia)
men
ekm
e2m
e1m s3m s4ms2ms1m
s5m s6m s7m s8m s9m

12. Ukleba D.K. (Uzbekistán)
k
mnk
2
2
2
nkm
kj
jm
2
knk
nkk
2


2
k
m0
0k

13. Palamaru G., Cosmulescu P. (Rumanía)
1m
mo
sm
xC
Kx
zK
Cz
Cs
sK

14. Nikolaenko N.A., Nazarov Yu.P. (Rusia)
2x
x1
x3
X2
X3
X1
c
0

15. Giróscopo vertical libre o sistema vertical de
cuerpos sólidos unidos elásticamente

16. Sistema vertical de dos cuerpos sólidos con
conexiones elásticas
m2
k2
b2
1b1k
1m
k21
b21
22b22k

17. Ilichev V.A. (Rusia) – Semiespacio elástico
homogéneo e isótropo
2 2
1 1b
bk
k
b
k




J

18. MODELO DINAMICO DE INTERACCION
SISMICA SUELO-ZAPATA AISLADA-
SUPERESTRUCTURA

19. COEFICIENTES DE RIGIDEZ
1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV
ACK zz 
ACK xx 
ICK  

20. 0
0 .
.
)(2
1











A
ba
CCz
0
0 .
.
)(2
1











A
ba
DCx
0
0 .
.
)3(2
1


 








A
ba
CC

21. 2. MODELO V.A. ILICHEV




 1.0)(


z
tgEE Z
21
21.
KK
KK
K



22. VIBRACIONES ROTACIONALES
  32
2 ... akCK  
  4
2 ... abCB  
  maM .. 5


23. VIBRACIONES HORIZONTALES (VERTICALES)
  akCK ZXZX ... )(
2
2)( 
  2
)(2)( ... abCB ZXZX 
)(
3
)( .. ZXZX maM 

24. 3. MODELO A.E. SARGSIAN
 
)87.(
...1.8,28 2
2
2





AC
Kx
A
IC
K
).1.(
...52,8 2
2





 2
2
1
1.
..




AC
Kz

25. 

).21).(1(
).1(2
1



E
C
).1.(2
2
2


E
C

26. 4. MODELO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87
ACK zz 
ACK xx 
 ICK 
 ICK 

27. zx CC 7,0









A
A
EbCz
10
0 1
zCC 2
zCC 

28. mz
z
pC
E
6
zx  6,0
z 5,0
z 3,0

29. CALCULO DE EDIFICACION DE 5 PISOS,
CONSIDERANDO LA INTERACCION SUELO-
ESTRUCTURA
400
600
5000500050005000
6000 6000
1 1

30. 150
250
400500500500500
320
180
1000
35003500350035003500

31. 21-25
116-120 121-125
46-50
71-75
141-145 161-165 181-185
16-20
106-110 111-115
66-70
41-45
136-140 156-160 176-180
11-15
36-40
96-100 101-105
61-65
131-135 151-155 171-175
6-10
31-35
86-90 91-95
56-60
126-130 146-150 166-170
1-5 76-80
26-30
81-85 51-55
y
x
CM(P1-P5)

32. Edificación sin interacción suelo-estructura

33. Edificación con interacción suelo-estructura

34. 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
1 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
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Formas de vibración
Períodosdevibración(s)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

35. N
Modelo
dinámico
Desplazamiento
máximo (mm)
FUERZAS INTERNAS
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)
NORMA PERUANA E030-2003 (α=00)

36. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Desplazamientoeneleje
OY(mm)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

37. 0
2
4
6
8
10
12
14
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Fuerzaaxial(T)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

38. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Momentoflector(T.m)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa

40. N Modelo dinámico
Desplazamiento
máximo (mm)
FUERZAS INTERNAS
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)
ACELEROGRAMA DE LIMA

41. PROGRAMA LIRA v. 9.0

42. 5 7
1
9
6
3
2
8
410
Z
Y
X
l
EA
K altraslacion 
l
EI
Krotacional
3


43. N Modelo dinámico
Desplazamiento
máximo (mm)
FUERZAS INTERNAS
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)
NORMA RUSA SNIP II-7-81*

44. 0
5
10
15
20
25
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
Desplazamientoeneleje
OY(mm)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)

45. 0
5
10
15
20
25
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
N(T)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba

46. 0
5
10
15
20
25
30
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
M(T.m)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba

48. 17500
14000
10500
7000
3500
-1000
11249 21926 32603 43281 53958
Misses
EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA

49. Misses
410343294324862167618670
-1000
3500
7000
10500
14000
17500
EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

50. 17500
14000
10500
7000
3500
-1000
7272 13978 20684 27390 34096
Misses
EDIFICACION POR EL MODELO V.A. ILICHEV

52. •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.

53. * 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

54. ¡MUCHAS GRACIAS!
genner_vc@hotmail.com