INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA EN EDIFICACIONES

Abstract

La presente investigación está orientada a resolver uno de los problemas actuales de la Mecánica Estructural, específicamente, la metodología de cálculo de edificaciones con diversos tipos de cimentaciones, considerando la flexibilidad de la base de fundación.

Dicho sistema constructivo suelo-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 diversos tipos de cimentación en condiciones reales del Perú y con la aplicación del programa SAP2000, analizándolo por los diversos 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 misma 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 edificación con ayuda de elementos sólidos espaciales 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 de la Norma Rusa SNIP 2.02.05-87. Los otros modelos dinámicos, se encuentran entre los dos modelos dinámicos anteriores.

Del análisis espectral por la Norma Peruana E030-2018, 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*.

Analizando las primeras formas de vibración, llegamos a la conclusión que surge el efecto de alabeo en la losa del último piso, en la tercera, cuarta, sétima y octava formas de vibración libre.

También, se realizó el diagnóstico estructural de las causas del colapso del parque de agua de Moscú “Transval – Park”, utilizando para su modelación los programas ANSYS, LIRA, STADIO y SCAD, realizando los siguientes tipos de análisis:

- Estático, incorporando al suelo de fundación, de acuerdo a los ensayos in-situ de mecánica de suelos y estudios topográficos.

- Dinámico, para determinar las formas de vibración libre y la influencia del viento, sismo y cargas hidrodinámicas sobre la estructura.

Para que el cálculo sea más real, se incorporó la no-linealidad física (curva esfuerzo-deformación de los materiales, después de la extracción de los núcleos y contrastación con la degradación durante el tiempo) y geométrica (curva desplazamiento-deformación).

De los resultados obtenidos, se demostró por medio del programa ANSYS, que existieron problemas constructivos en el nudo superior de una de las columnas en su conexión, originando deformaciones plásticas por el orden de 19,8% y la pérdida de estabilidad de dicho elemento estructural, lo que ocasionó fisuras subradiales en la cubierta, producto de grandes desplazamientos y relajación del concreto.

Como conclusión final, se recomendó el uso responsable de programas informáticos en la evaluación de estructuras y la contrastación de resultados con los experimentales in-situ.