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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
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
• 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
DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO
SISMICO
Base aislada Base
empotrada
junta sísmica
EFECTO DEL AISLAMIENTO EN LAS DEMANDAS SISMICAS DE RESISTENCIA
Ac
ele
rac
ión
es
pe
ctr
al
(g)
0.4
0.6
0.8
0.2
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Periodo (seg)
Edificaciones con aislamiento y amortiguación
sísmica
MODELOS DINAMICOS DE
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
1 m
m 2
m n
X
X
..
..
20
10
Péndulo invertido
Rayanna B., Munirudrappa N. (India)
1m
mn
mk
D
K
x
x
D K
Kobori T. y otros (Japón)
m1
2m
m3
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 )
Birulia D.N. (Rusia)
men
ekm
e2m
e1m s3m s4ms2ms1m
s5m s6m s7m s8m s9m
Ukleba D.K. (Uzbekistán)
k
mnk
2
22nkm
k j
jm
2knk
nkk2
2k
m0
0k
Palamaru G., Cosmulescu P. (Rumanía)
1m
mo
sm
xC
Kx
zKCz
Cs
sK
Nikolaenko N.A., Nazarov Yu.P. (Rusia)
2x
x1
x3
X2
X3
X1
c
0
Giróscopo vertical libre o sistema vertical de
cuerpos sólidos unidos elásticamente
Sistema vertical de dos cuerpos sólidos con
conexiones elásticas
m2
k2
b21b1k
1m
k21
b21
22b22k
Ilichev V.A. (Rusia) – Semiespacio elástico
homogéneo e isótropo
2 2
1 1b
bk
k
b
k
J
MODELO DINAMICO DE INTERACCION
SISMICA SUELO-ZAPATA AISLADA-
SUPERESTRUCTURA
COEFICIENTES DE RIGIDEZ
1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV
ACK zz
ACK xx
ICK
0
0 ..
)(21
A
baCCz
0
0 ..
)(21
A
baDCx
0
0 ..
)3(21
A
baCC
2. MODELO V.A. ILICHEV
1.0)(
ztgEE Z
21
21.
KK
KKK
VIBRACIONES ROTACIONALES
32
2 ... akCK
4
2 ... abCB
maM .. 5
VIBRACIONES HORIZONTALES (VERTICALES)
akCK ZXZX ... )(
2
2)(
2
)(2)( ... abCB ZXZX
)(
3
)( .. ZXZX maM
3. MODELO A.E. SARGSIAN
)87.(
...1.8,28 2
2
2
ACK x
A
ICK
).1.(
...52,8 2
2
2
2
1
1.
..
ACK z
).21).(1(
).1(2
1
EC
).1.(2
2
2
E
C
4. MODELO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87
ACK zz
ACK xx
ICK
ICK
zx CC 7,0
A
AEbCz
10
0 1
zCC 2
zCC
mz
zpC
E6
zx 6,0
z 5,0
z 3,0
CALCULO DE EDIFICACION DE 5 PISOS,
CONSIDERANDO LA INTERACCION SUELO-
ESTRUCTURA
400
600
5000
5000
5000
5000
6000 6000
1 1
150
250
400
500
500
500
500
320
180
1000 3500
3500
3500
3500
3500
21-25116-120 121-125
46-5071-75
141-145 161-165 181-185
16-20106-110 111-115
66-7041-45
136-140 156-160 176-180
11-1536-40
96-100 101-105
61-65
131-135 151-155 171-175
6-1031-35
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)
Edificación sin interacción suelo-estructura
Edificación con interacción suelo-estructura
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
Pe
río
do
s d
e v
ibra
ció
n (
s)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
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)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
De
sp
laza
mie
nto
en
el
eje
OY
(m
m)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Fu
erz
a a
xia
l (T
)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 45 90
Angulo de inclinación del sismo
Mo
me
nto
fle
cto
r (T
.m)
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
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
PROGRAMA LIRA v. 9.0
5 7
19
63
2
8
410
Z
Y
X
l
EAK altraslacion
l
EIK rotacional
3
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*
0
5
10
15
20
25
Común Barkan Ilichev Sargsian Norma Rusa
Modelos dinámicos
De
sp
laza
mie
nto
en
el
eje
OY
(m
m)
Norma Peruana E030-2003 Norma Rusa SNIP II-7-81*
Acelerograma de Lima Acelerograma de Moyobamba
DESPLAZAMIENTO MAXIMO DEL CENTRO DE MASAS (50 PISO)
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
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
17500
14000
10500
7000
3500
-1000
11249 21926 32603 43281 53958Misses
EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
Misses410343294324862167618670
-1000
3500
7000
10500
14000
17500
EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV
17500
14000
10500
7000
3500
-1000
7272 13978 20684 27390 34096Misses
EDIFICACION POR EL MODELO V.A. ILICHEV
•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.
* 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
¡MUCHAS GRACIAS!
genner_vc@hotmail.com