geotecnia

ANALISIS DEL ESTADO DE ESFUERZO Y DEFORMACION PARA UNA
ESTRUCTURA APORTICADA ANTE CARGAS GRAVITACIONALES Y SISMICAS EN
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA UTILIZANDO METODO DE LOS ELEMENTOS
FINITOS (MEF)
C.H. FLOREZ1
J. A. OTERO2
H. PARADA3
Universidad Francisco de Paula Santander-Facultad de Ingenierías
San José de Cúcuta, Norte de Santander, Colombia
1

Departamento de Geotecnia y Minería.Grupo GIGA.chflorez@bari.ufps.edu.co
Semillero de Investigación GIGA. UFPS. Cúcuta. jossantony@hotmail.com
3
Semillero de Investigación GIGA. UFPS. Cúcuta. heribertoparada@ingenieros.com
2

Resumen
El presente trabajo de investigación presenta los resultados de un análisis del estado de
esfuerzo y deformación para una edificación aporticada ante cargas gravitacionales y
sísmicas eninteracción suelo-estructura utilizando para el análisis el Método de los
Elementos Finitos (MEF). El análisis fue ejecutado bajo el uso de la herramienta
computacional ANSYS Inc®.; la concepción de la edificación prototipo se desarrolló
mediante el software EngSolutions RCB 6.5.4®.; las propiedades geomecánicas y físicas
del suelo de fundación se establecieron a partir de informes geotécnicosaferentes a la
zona de estudio. Se estableció un modelo tridimensional para el prototipo de la estructura
en concreto y aporticada, compuesto por 425397 elementos y 438264 nodos. El suelo de
fundación se modela con 93991 elementos y 139642 nodos.
Se encontró que, los valores de esfuerzo presentes en la estructura, para el análisis
estático (carga gravitacional), están dentro del rangopermitido por la norma colombiana.
También se observa que, para el análisis dinámico (carga sísmica) las derivas de piso
sobrepasan los límites permitidos por las Normas de Diseño y construcción Sismo
resistente (NSR98 y NSR10). Para el modelo de interacción suelo-estructura ejecutado
en el ANSYS, este muestra valores de esfuerzo-deformación cercanos al modelo
realizado empleando el método de laNorma Rusa SNIP II-7-81 Construcción en zonas
sísmicas.

Palabras claves: Elemento finito, interacción suelo-estructura, esfuerzo, deformación,
ANSYS.

1. INTRODUCCION
Las estructuras pueden analizarse
mediante métodos matemáticos exactos
o análisis numérico. Este trabajo de
investigación se fundamenta en un
modelo numérico, el Método de los
Elementos Finitos (MEF) ejecutado a
travésdel programa ANSYS Inc®, y
establece un análisis en interacción
suelo-estructura [1], para determinar el
estado de esfuerzos y deformaciones
tanto en estado estático como dinámico.
Es relevante el uso de un modelo
numérico para modelar el fenómeno de
cargas gravitacionales y sísmicas en una
edificación y su interacción con el suelo
que sirve de soporte. El MEF sirve para
evaluar losestados de esfuerzo y
deformación en cualquier punto de la
estructura y comparar estos resultados
contra
modelos
establecidos
en
diferentes normas sismoresistente. Uno
de estos modelos es el de la Norma
Rusa [6], usado en el trabajo por poseer
una amplia aplicación y adaptación a
los
programas
informáticos
por
elementos finitos para el cálculo sísmico
de edificaciones y considerar
laflexibilidad y propiedades inerciales del
suelo de fundación.
La determinación de los estados de
esfuerzos es necesaria para garantizar la
seguridad de las estructuras. De otra
parte, la determinación de los estados
de deformación suele ser necesaria para
satisfacer los criterios de rigidez, que
están a menudo ligados a requisitos
de
funcionalidad.
Por
tanto,
el
presente análisispretende establecer
las condiciones de resistencia y
rigidez
de
la estructura analizada
utilizando un análisis numérico mediante
MEF.
El MEF es un robusto procedimiento
numérico que permite aproximar en
forma discreta la solución continua de
problemas de valor límite dividiendo el

dominio en un número finito de
subdominios o regiones en formas
geométricas sencillas en el que se...