Interaccion Sismica Suelo-Zapata Aislada

INTERACCION SISMICA SUELO-ESTRUCTURA EN EDIFICACIONES CON ZAPATAS AISLADAS
Genner Villarreal Castro1

RESUMEN La presente investigación está orientada a resolver uno de los problemas actuales de la Mecánica Estructural, específicamente, la metodología de cálculo de edificaciones con zapatas aisladas, considerando la flexibilidad de la base de la cimentación. Dicho sistema constructivosuelo-estructura se usa con mucha frecuencia en la práctica y se considera un campo abierto en la investigación sísmica. Se fundamentan los modelos dinámicos elegidos, donde se describen los efectos de flexibilidad y propiedades inerciales de los suelos. Se describe la metodología de modelación de edificaciones con zapatas aisladas en condiciones reales del Perú y con la aplicación del programa SAP2000,analizándolo por los cuatro modelos dinámicos elegidos ante la acción sísmica con diversos ángulos de inclinación y considerando la disipación de energía en la base. Asimismo, se modeló la edificación por el programa LIRA y se calculó a través de la Norma Rusa SNIP II-7-81*, cuya comparación de resultados tiene especial interés. También se modeló la misma edificación con ayuda de elementos sólidosespaciales a través del programa COSMOS, cuyos resultados tienen cercanía con los daños estructurales en columnas ocasionados por sismos importantes. La comparación de resultados, nos permite indicar que el mayor efecto de flexibilidad de la base de fundación se da en el modelo dinámico V.A. Ilichev (sin disipación de energía) y el menor efecto en el modelo dinámico D.D. Barkan – O.A. Savinov. Losresultados de los modelos dinámicos Norma Rusa SNIP 2.02.05-87 (sin disipación y con disipación de energía), A.E. Sargsian y V.A. Ilichev (con disipación de energía) se encuentran entre los dos modelos dinámicos anteriores. Del análisis espectral por la Norma Peruana E030-2003, se concluye que es solo referencial, ya que sus valores están por debajo de los obtenidos por los acelerogramas de Lima(1966) y Moyabamba (2005) y de la Norma Rusa SNIP II-7-81*. OBJETIVO El objetivo de la presente investigación es la elaboración de una metodología de uso y aplicación de los modelos dinámicos para zapatas aisladas, considerando la flexibilidad y las propiedades inerciales de los suelos, para el cálculo de edificaciones ante la acción sísmica. 1. MODELOS DINAMICOS DE INTERACCION SUELO-ESTRUCTURAComo se desprende de la idea principal de los modelos dinámicos de interacción sueloestructura, es la correspondiente asignación de los coeficientes de rigidez, que determinan la condición real de interacción suelo-cimentación: Rα = K α uα ; Rϕα = K ϕα ϕ α ; (1) (α = x, y, z )

donde Rα , Rϕα - fuerzas de reacción; K z - coeficiente de rigidez de compresión elástica uniforme;
K x , K y -coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme; K ϕx , K ϕy - coeficientes de
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Ph.D. in Technical Sciences. Moscow State Civil Engineering University. Profesor Principal e Investigador de la Universidad de San Martín de Porres. Lima, Perú. E-mail: genner_vc@rambler.ru

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rigidez de compresión no uniforme; K ϕz - coeficiente de rigidez de desplazamiento no uniforme; uαdesplazamiento lineal; ϕ α - desplazamiento angular. En particular, el carácter espacial del trabajo del armazón estructural permite la posibilidad del surgimiento de vibraciones torsionales en las columnas, quedando el esquema espacial de cálculo (Ref. 1) el mostrado en la figura 1, donde “0” es el centro de rigidez de la cimentación.

Figura 1 Esquema espacial de cálculo de la cimentación tipo zapataaislada En la figura 1 se analiza la posibilidad de considerar el amortiguamiento, dado por los parámetros de amortiguación relativa ξ z , ξ x , ξ ϕ , ξψ o por los módulos de amortiguación Φz,Φx,Φφ,Φψ. De esta manera, las vibraciones pueden ser descritas parcialmente por: - vibraciones verticales; - vibraciones horizontales; - vibraciones horizontal-rotacionales; - vibraciones rotacionales alrededor...