Problemas de interacción suelo estructura en cimentaciones y ...
Interacción Dinámica Suelo Estructura
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Interacción Dinámica Suelo Estructura
Luciano Roberto Fernández SolaUniversidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco
Colegio de Ingenieros Civiles de Aguascalientes12 al 16 de agosto del 2019
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Oscilador equivalente
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=
"𝑇$ %𝜁$ '𝑄′
2
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Respuesta en la frecuencia
Avilés y Pérez Rocha, 2004
3
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Alargamiento del periodo "𝑇$Estructura más flexible
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Base rígidaBase flexible
Menor aceleraciónIgual aceleración
Menor aceleración
13
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Periodo efectivoPeriodo del sistema equivalente
Traslación de cuerpo rígido
Rotación de cuerpo rígido
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Ajustando el amortiguamiento a la frecuencia fundamental y expresandolo en función de periodos
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Comportamiento inelástico
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Los métodos de diseño actuales se basan en permitir que las estructuras incursionen en su intervalo de comportamiento inelástico. Esto permite que aún cuando la estructura esté sometida a una fuerza mayor para la que fue diseñada, se capaz de resistir las acciones sísmicas sin que colapse. Este comportamiento depende de que la capacidad de deformación inelástica del sistema sea menor que la demanda de ductilidad sobre el mismo.
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Sistema lineal correspondiente
Se define cómo un sistema elástico que tiene la misma rigidez que el sistema elastoplástico durante su aplicación inicial de carga. Ambos sistemas tienen la misma masa y el mismo amortiguamiento. Por lo tanto, el periodo natural de vibración del sistema lineal correspondiente es igual al periodo del sistema elastoplástico bajo oscilaciones pequeñas (u ≤ uy). A mayores amplitudes de movimiento, el periodo natural de vibración no está definido para los sistemas inelásticos.
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Demanda de ductilidad
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Espectros de respuesta inelásBcos
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Resistencia y deformación
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Componentes de desplazamiento
*𝜇 = ,-.
,-/
𝑢1, = 𝑢23, + 𝑢,
𝑢15 = 𝑢23
5 + 𝑢5 He
ux He𝜃
𝜃
u
𝑢1
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Factor de reducción 7𝑅5
𝑉: = 2𝑉5
𝑢1, = 2𝑢15 = 4
𝑢235 = 1 𝑢23, = 1
Sistema eslástico
Sistema inelástico
𝑢5 = 𝑢15 − 𝑢23
5
𝑢5 = 2 − 1 = 1𝑢, = 𝑢1, − 𝑢23,
𝑢, = 4 − 1 = 3𝑢15 = 2
𝑉5
31Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Ductilidad efectiva
32
Pérez-Rocha y Avilés (2003)
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Modificación de la ducBlidad
33
�
µe =Um
Uy
�
˜ µ e =˜ U m˜ U y
�
Ry =UyK
�
˜ R y = ˜ U y ˜ K
�
K =4π 2MTe
2
�
˜ K =4π 2M
˜ T e2
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Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 1)
0
0.283
0
0.400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.78
𝑇$ = 0.83 𝑠7𝑅5(IJ) = 1.78
𝑅5( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
34
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 2)
0
0.283
0
0.353
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 7%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.72
𝑇$ = 0.83 𝑠7𝑅5(IJ) = 1.78
𝑅5( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
35
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y 7𝑅5 (Caso 3)
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.33 𝑠
'𝑄′ = 1.99
𝑇$ = 0.99 𝑠7𝑅5(IJ) = 2.37
𝑅5( "IJ) = 2.37
𝑇L = 1.1 𝑠
0
0.170
0
0.199
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
36
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Planteamiento de la normaBvidad
=
"𝑇$ %𝜁$ '𝑄′37Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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NormaBvidad mexicana
- Normas Tecnicas Complementarias de Diseño por Sismo (2017) -RCDF
- Manual de Diseño de Obras Civiles de la CFE (2008)- Diseño por sismo
38Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Criterios de consideración
Interacción inercial(respuesta de la estructura)
¿Cuándo se puede ignorar?
39Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Se debe determinar la altura efectiva del primer modo. Si se utiliza el método estático se puede considerar como el 70% de la altura total, excepto para estructuras de un nivel.
Altura efectiva
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Periodo efectivo
Periodo del sistema equivalente
Traslación de cuerpo rígido
Rotación de cuerpo rígido
41Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Amortiguamiento efectivo
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Factor de reducción de resistencia efec
43Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Modos superiores
La contribución de los modos superiores y la combinación de las respuestas modales, se consideran como en el caso de estructuras con base fija (los aportes de los modos superiores no se modifican por interacción suelo-estructura con respecto a los que denen para la estructura con base fija)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 44
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Otras cantidades de respuesta
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 45
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Análisis dinámico
Los efectos de interacción se tendrán en cuenta sólo enel modo fundamental de vibración;
La fuerza cortante basal correspondiente al modo fundamental en la dirección de análisis se corregirá por interacción suelo estructura
46Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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47Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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DesplazamientosLos desplazamientos resultantes deberán tenerse en cuenta en el cálculo de los efectos de segundo orden y la revisión del estado límite por choques con estructuras adyacentes.
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 48
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Desplazamientos
49Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Desplazamientos inelásBcos totales
"𝑋OPQRS = "𝑋OP "𝑄
"𝑋OPQRS ="𝑉:P𝑉:P
𝑋OP𝑄 +𝑉:P𝐾U
+ ℎO + 𝐷𝑀:P𝐾Y
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 50
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Distorsiones de entrepiso
𝑋OPQRS ="𝑉:P𝑉:P
𝑋OP𝑄
Las distorsiones de entrepiso deben calcularse considerando solamente los desplazamientos asociados con las deformaciones de la estructura.
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola 51
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Análisis estáBco
52Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Otras canBdades de respuesta
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Cimentaciones superficiales
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Cimentaciones profundas
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Criterios de consideración
- Manual de diseño de Obras Civiles CFE- Sismo
56Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Modelado
57Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Modelado
58Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Análisis dinámico modal
59Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Periodo y amortiguamiento
60Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Análisis estático
61Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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AmorBguamiento
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Desplazamientos
63Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Análisis dinámico modal
64Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Cortante basal
65Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Fuerzas sísmicas
66Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Desplazamientos
67Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Periodo equivalente
68Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Normatividad
69Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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DucBlidad efecBva
70Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Funciones de impedancia
71Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Funciones de impedancia
72Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Función de impedancia
73Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Cimentaciones superficiales
74Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Efectos de grupo
75Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Efectos de grupo
76Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 1)
0
0.283
0
0.400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.78
𝑇$ = 0.83 𝑠𝑄′(IJ) = 1.78
𝑄′( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
77
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 2)
0
0.283
0
0.353
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
%𝜁$ = 7%
"𝑇$ = 1.36 𝑠
'𝑄′ = 1.72
𝑇$ = 0.83 𝑠𝑄′(IJ) = 1.78
𝑄′( "IJ) = 2.28
𝑇L = 2.25 𝑠
78
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Espectro con %𝜁$ y '𝑄′ (Caso 3)
%𝜁$ = 5%
"𝑇$ = 1.33 𝑠
'𝑄′ = 1.99
𝑇$ = 0.99 𝑠𝑄′(IJ) = 2.37
𝑄′( "IJ) = 2.37
𝑇L = 1.1 𝑠
0
0.170
0
0.199
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5
a, a
/(Q'*
R)
T (s)
Te Te_ISE a a/(Q'*R) a_ISE a/(Q'*R)_ISE
79
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Análisis dinámico (Caso 1)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
"𝑉:P = (0.400)(2,450)=980.23 t
𝑊:P=2,450 t
𝑉:P = 0.282 (2,450)=693.89 t
"𝑉:P𝑉:P
= 1.41
80
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Análisis dinámico (Caso 3)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
"𝑉:P = (0.199)(2,450)=487.62 t
𝑊:P=2,450 t
𝑉:P = 0.170 (2,450)=416.32 t
"𝑉:P𝑉:P
= 1.17
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Análisis estático (Caso 1)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
𝑊:=3,500 t
"𝑉: = 0.282 (3,500)-(0.282-0.400)(2,450)=1,277.61t
𝑊$=(0.7)*(3,500)=2,450 t
𝑉: = 0.282 (3,500)=991.27t
"𝑉:𝑉:= 1.29
82
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Análisis estático (Caso 3)
Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
𝑊:=3,500 t
"𝑉: = 0.170 (3,500)-(0.170-0.199)(2,450)=666.04 t
𝑊$=(0.7)*(3,500)=2,450 t
𝑉: = 0.170 (3,500)=594.74 t
"𝑉:𝑉:= 1.12
83
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Interacción Dinámica Suelo Estructura - Luciano R. Fernández Sola
Método estático"𝑋O =
"𝑉:𝑉:
𝑋O +𝑉:𝐾U
+ (ℎO + 𝐷)𝑀:𝐾Y
"𝑋P: = 1.12 0.457 +594.7489,491
+ (36 + 5)60,8999,298,334
"𝑋P: = 1.12 0.457 + 0.007 + 0.269 =0.821m
*El cálculo de las distorsiones debe hacerse con el desplazamiento asociado con la deformación de la estructura.
84