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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
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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
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• 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
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DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO
SISMICO
Base aislada Base
empotrada
junta sísmica
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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)
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Edificaciones con aislamiento y amortiguación
sísmica
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MODELOS DINAMICOS DE
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
1 m
m 2
m n
X
X
..
..
20
10
Péndulo invertido
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Rayanna B., Munirudrappa N. (India)
1m
mn
mk
D
K
x
x
D K
![Page 9: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/9.jpg)
Kobori T. y otros (Japón)
m1
2m
m3
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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 )
![Page 11: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/11.jpg)
Birulia D.N. (Rusia)
men
ekm
e2m
e1m s3m s4ms2ms1m
s5m s6m s7m s8m s9m
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Ukleba D.K. (Uzbekistán)
k
mnk
2
22nkm
k j
jm
2knk
nkk2
2k
m0
0k
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Palamaru G., Cosmulescu P. (Rumanía)
1m
mo
sm
xC
Kx
zKCz
Cs
sK
![Page 14: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/14.jpg)
Nikolaenko N.A., Nazarov Yu.P. (Rusia)
2x
x1
x3
X2
X3
X1
c
0
![Page 15: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/15.jpg)
Giróscopo vertical libre o sistema vertical de
cuerpos sólidos unidos elásticamente
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Sistema vertical de dos cuerpos sólidos con
conexiones elásticas
m2
k2
b21b1k
1m
k21
b21
22b22k
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Ilichev V.A. (Rusia) – Semiespacio elástico
homogéneo e isótropo
2 2
1 1b
bk
k
b
k
J
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MODELO DINAMICO DE INTERACCION
SISMICA SUELO-ZAPATA AISLADA-
SUPERESTRUCTURA
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COEFICIENTES DE RIGIDEZ
1. MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV
ACK zz
ACK xx
ICK
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0
0 ..
)(21
A
baCCz
0
0 ..
)(21
A
baDCx
0
0 ..
)3(21
A
baCC
![Page 21: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/21.jpg)
2. MODELO V.A. ILICHEV
1.0)(
ztgEE Z
21
21.
KK
KKK
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VIBRACIONES ROTACIONALES
32
2 ... akCK
4
2 ... abCB
maM .. 5
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VIBRACIONES HORIZONTALES (VERTICALES)
akCK ZXZX ... )(
2
2)(
2
)(2)( ... abCB ZXZX
)(
3
)( .. ZXZX maM
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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
![Page 25: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/25.jpg)
).21).(1(
).1(2
1
EC
).1.(2
2
2
E
C
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4. MODELO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87
ACK zz
ACK xx
ICK
ICK
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zx CC 7,0
A
AEbCz
10
0 1
zCC 2
zCC
![Page 28: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/28.jpg)
mz
zpC
E6
zx 6,0
z 5,0
z 3,0
![Page 29: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/29.jpg)
CALCULO DE EDIFICACION DE 5 PISOS,
CONSIDERANDO LA INTERACCION SUELO-
ESTRUCTURA
400
600
5000
5000
5000
5000
6000 6000
1 1
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150
250
400
500
500
500
500
320
180
1000 3500
3500
3500
3500
3500
![Page 31: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/31.jpg)
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)
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Edificación sin interacción suelo-estructura
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Edificación con interacción suelo-estructura
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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
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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)
![Page 36: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/36.jpg)
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)
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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
![Page 38: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/38.jpg)
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
![Page 39: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/39.jpg)
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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
![Page 41: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/41.jpg)
PROGRAMA LIRA v. 9.0
![Page 42: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/42.jpg)
5 7
19
63
2
8
410
Z
Y
X
l
EAK altraslacion
l
EIK rotacional
3
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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*
![Page 44: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/44.jpg)
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)
![Page 45: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/48.jpg)
17500
14000
10500
7000
3500
-1000
11249 21926 32603 43281 53958Misses
EDIFICACION SIN INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA
![Page 49: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/49.jpg)
Misses410343294324862167618670
-1000
3500
7000
10500
14000
17500
EDIFICACION POR EL MODELO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV
![Page 50: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/50.jpg)
17500
14000
10500
7000
3500
-1000
7272 13978 20684 27390 34096Misses
EDIFICACION POR EL MODELO V.A. ILICHEV
![Page 51: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/51.jpg)
![Page 52: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/52.jpg)
•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.
![Page 53: Interaccion Sismica Suelo-Estructura](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022031518/5a653d977f8b9a5b558b589b/html5/thumbnails/53.jpg)
* 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