Análisis del efecto de la interacción suelo-estructura en los modos altos de vibrar en edificios de hormigón armado, estudiado a partir de modelos de 1 y 2 grados de libertad
Fecha
2022-12
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Profesor Guía
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Universidad de Valparaíso
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Departamento o Escuela
Escuela de Ingenieria Civil
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Resumen
Las deformaciones de una estructura durante la acción sísmica son afectadas por la interacción suelo-estructura (Soil Structure Interaction: SSI) la cual evalúa la respuesta colectiva de la superestructura, la fundación y el medio geológico circundante, mediante la consideración de dos fenómenos físicos: la interacción inercial, asociada a vibraciones propias de la estructura, las cuales generan esfuerzos internos que inducen desplazamientos relativos en la fundación respecto del medio geológico circundante, y la interacción cinemática, ocasionada por la presencia de elementos rígidos (fundación) sobre/o en el suelo que altera la deformación normal de este ante la acción sísmica [1]–[3].
Este trabajo tiene como objetivo principal la incorporación de sistemas de 1 y 2 grados de libertad (GDL) para estimar la respuesta estructural y el efecto del suelo en los modos altos de vibrar de modelos de múltiples grados de libertad con interacción suelo estructura de edificios de hormigón armado de 10, 15 y 20 pisos mediante los programas computacionales de elementos finitos SAP2000 [4] y Ruaumoko2D [5]. Las edificaciones se encuentran situadas sobre condiciones de terreno caracterizadas como suelo tipo “D” según la norma de diseño sísmico de edificios en Chile [6].
Se realizan análisis no lineales tiempo-historia con un registro de aceleraciones de Concepción, Constitución y Viña del Mar del evento sísmico ocurrido el 27 de febrero del año 2010 en el Maule, Chile. La ubicación de los registros de aceleraciones fue seleccionada con el fin de considerar un suelo granular con la misma caracterización sísmica según NCh433 Of.1996 Mod.2012 [6].
La interacción suelo-estructura se analizó mediante el uso de resortes y amortiguadores equivalentes que representan la rigidez y amortiguamiento del sistema suelo-fundación-estructura, se calibraron estos sistemas para coincidir con los períodos con interacción suelo-estructura de múltiples grados de libertad de edificios de hormigón armado [7].
Se considera el comportamiento histerético debido a condiciones cíclicas de carga de los elementos que representan el sistema suelo-fundación-estructura, para tomar en cuenta la degradación de rigidez y la modificación de la respuesta estructural mediante análisis no lineales bidimensionales en Ruaumoko2D [5].
Se estudia cuánto se puede captar de la respuesta estructural de modelos de múltiples grados de libertad [7], a partir de modelos simplificados de 1 y 2 GDL. Se analizan principalmente las aceleraciones relativas y los desplazamientos laterales en el nivel superior de los modelos estructurales. Además, se destaca el posible cambio en la respuesta debido a los efectos inerciales de la interacción suelo-estructura mediante el uso de espectros elásticos de respuesta.
El estudio muestra que los modelos incorporados en este trabajo captan en general un 50% de la respuesta de modelos de múltiples grados de libertad. Se presentan recomendaciones para mejorar la aproximación de la respuesta buscada, asi como consideraciones que pueden modificar la significancia de los resultados obtenidos. También, se muestra que la amplificación o disminución de la posible respuesta estructural depende de los períodos de vibración, el incremento de estos debido a los efectos inerciales de la interacción suelo-estructura y la naturaleza de los registros sísmicos.
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Auspiciador
Palabras clave
EDIFICIOS DE HORMIGON, DISEÑO DE ESTRUCTURAS, DINAMICA DE ESTRUCTURAS