Este documento presenta los resultados de una investigación numérica sobre la interacción sísmica suelo-pilote-superestructura en edificios altos. Se analizaron tres modelos dinámicos y sus resultados para diferentes sismos. El modelo de Norma Rusa predijo los menores desplazamientos, mientras que el modelo de Ilichev predijo los mayores. Los desplazamientos aumentaron con el ángulo de inclinación del sismo.

1. 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

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. 1) NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87
MODELOS DINAMICOS

5. MASAS EN EL CENTROIDE DEL CABEZAL
  

N
i
N
i
oipizrredz mmmm
1 1
,,
*
, 
 

N
i
i
N
i
pixrredx mmmm
1
0,
1
,
*
, 
 

N
i
rihi
N
i
ihpizrred mhrmrm
1
2
2
2
,0,
1
2
,,
*
,,  
 

N
i
ivi
N
i
ivpixrred rmrm
1
2
,0,
1
2
,,
*
,,  

6. COEFICIENTES DE RIGIDEZ
p
INE
K b
redx
_
3
,


pb
redz
redz
redz
ANE
lK
K
K
0
*
,
*
,
,
1



N
i
ih
redz
red r
N
K
K
1
2
,
,
,


N
i
iv
redx
red r
N
K
K
1
2
,
,
,

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

8. 2) MODELO DE ILICHEV – MONGOLOV –
SHAEVICH

9. COEFICIENTES DE RIGIDEZ
4
1
2
1
2
3
2
2
nCyC
Cn
nCK n
i
i
x



2
2
3
4
1
2
1
C
C
nnCyCK
n
i
i  

1nCKz 

10. CALCULO DE EDIFICIO DE 16 PISOS, CONSIDERANDO
LA INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
8000 8000
A B C
60006000600060006000
1
2
3
4
5
6
DIAFRAGMA D1
DIAFRAGMA D2
DIAFRAGMA D1
1 1
500
500
250

11. 32000
2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000
200020002000200020002000200020002000200020002000200020002000
400
400
18000
Z
Y
X
o

V
V (t) - ACCION SISMICA
CENTRO DE RIGIDEZ
DEL CABEZAL

12. 705-720
689-704
673-688
657-672
641-656
305-320289-304
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

13. 8000 8000
500250125500
3
2
DIAFRAGMA D1
5001000
250
2
3
1000
500
1000
250250
3
2

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

20. 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

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

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

23. ACELEROGRAMA DE CHIMBOTE (31.05.1970)

24. 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

25. ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)

26. 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

27. 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
Períodosde
vibración(s)
Común Ilichev Norma Rusa

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 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
Desplazamientoeneleje
OX(mm)
Común Ilichev Norma Rusa

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

31. DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS EN EL
16-vo PISO EN EL EJE OY
0
20
40
60
80
100
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
Desplazamientoporel
ejeOY(mm)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima

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

33. FUERZA AXIAL MAXIMA
0
100
200
300
400
500
Común Ilichev Norma Rusa
Modelo dinámico
N(T)
Norma Peruana E030-2003
Acelerograma de Chimbote
Acelerograma de Lima

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

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

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

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

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
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

40. 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

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. 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

43. ¡MUCHAS GRACIAS!
genner_vc@hotmail.com