Luciano Roberto Fernández Sola Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco 5 de septiembre del 2017 Colegio de Ingenieros Civiles de México
Introducción Funciones de impedancia Efectos de grupo Ejemplo comparativo Interacción cinemática Conclusiones Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 2
(Wolf 1985) Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 3
A las modificaciones producidas tanto en el movimiento del terreno, como en la respuesta dinámica de la superestructura debidas a la flexibilidad relativa del sistema suelo-cimentación, respecto a la rigidez del sistema, se le denomina interacción dinámica suelo-estructura (IDSE) Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 4
Se presenta cuando la rigidez del terreno es baja en relación a la de la estructura, lo que produce que la condición de apoyo del edificio se aleje de la hipótesis de base empotrada. Diferente movimiento de entrada Estructura más flexible Movimiento de cuerpo rígido Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 5
(Avilés 2006) Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 6
Estructura más flexible Menoraceleración Igualaceleración Menoraceleración Base rígida Base flexible Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 7
Histerético y por radiación Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 8
Incompatibilidad de deformaciones Frecuencia baja Frecuencia alta Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 9
Las funciones de impedancia se definen como la relación en estadoestacionarioentre la fuerza(momento) aplicadayel desplazamiento(rotación) en direcciónde la fuerza, para una cimentación rígida carente de masa y excitadaarmónicamente(avilés, 2006). Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 10
(Avilés 2006) Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 11
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El efectode grupose refierea la modificaciónde la rigidez de un sistema compuesto por varias pilas o pilotesen comparacióncon la sumade lasrigidecesindividuales, estodebidoa la interferencia constructiva o destructiva quese presentaentre los trenesde ondaqueproduce cadaunode los elementos individuales. Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 18
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Método simplificado Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 22
Principio de superposición Pilote definido por el eje longitudinal Las ondasse producensimultáneamenteen todoel piloteopila Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 23
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Vertical Acoplado Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 26
Factor de grupo Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 27
Factor de grupo 1 α v ( 1,2 ) L α v ( 1, N ) ( ) 1 L α v ( 2, N ) α v 2,1 M M O M α v N,1 ( ) α v ( N,2) L 1 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 28
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El ejemplo contempla un edificio para uso habitacional, que contará con 4 niveles de estacionamiento (los cuales su ubicaran bajo el nivel del suelo) un nivel de piso (lobby), 15 niveles sobre el nivel de piso y un nivel de azotea. Se considerará a la estructura como una construcción aislada. La estructura está resuelta a través de marcos dúctiles (con Q=3) de concreto reforzado. *Estudio de Factibilidad de Pilotes de Acero de SecciónIR en México, GERDAU CORSA 2015 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 31
a. Diseño en suelo cohesivo con pilotes de concreto Para la cimentación a base de pilotes de concreto, se usara una sección una cuadrada con las siguientes dimensiones =0.55 =0.55 =18 = =92.87 93 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 32
Diseño de la cimentación del edificio. Se propone un arreglo cuadrado de 10 pilotes por 10 pilotes (figura 12). Cantidad de suelo que será removido al hincar los pilotes = =544.5 33 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola
b. Diseño en suelo cohesivo con pilotes de acero de sección I. El pilote seleccionado tiene las siguientes propiedades =0.374 =0.374 =18 = =92.76 93 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 34
Cantidad de suelo que será removido al hincar los pilotes = =45 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 35
8.0E+09 Concreto Acero Kh (N/m) 6.0E+09 4.0E+09 2.0E+09 0.0E+00 1.2E+12 8.0E+11 Kr (N-m) 4.0E+11 0.0E+00 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 36
3.0E+09 2.5E+09 Concreto Acero Kh (N/m) 2.0E+09 1.5E+09 1.0E+09 Kr (N-m) 5.0E+08 0.0E+00 2.0E+11 1.0E+11 0.0E+00-1.0E+11-2.0E+11-3.0E+11-4.0E+11-5.0E+11 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 37 0 10 20 30 40 Frec (rad/s)
0.5 0.4 Concreto Acero FGH 0.3 0.2 FGR 0.1 0 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 38 0 10 20 30 40 Frec (rad/s)
2.0E+08 Concreto Acero Ch (t-s/m) 1.5E+08 1.0E+08 5.0E+07 Cr (t-s-m) 0.0E+00 3.5E+10 3.0E+10 2.5E+10 2.0E+10 1.5E+10 1.0E+10 5.0E+09 0.0E+00 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 39 0 10 20 30 40 Frec (rad/s)
Concreto Acero Ch (t-s/m) 1.4E+08 1.2E+08 1.0E+08 8.0E+07 6.0E+07 4.0E+07 2.0E+07 0.0E+00 1.5E+10 Cr (t-m-s) 1.0E+10 5.0E+09 0.0E+00 0 10 20 30 40 Frec (rad/s) 40 0 10 20 30 40 Frec (rad/s)
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h 1 = 40r 0 h 2 = 120r 0 β 60 s 1 m/ s βs 2 250 300m / s L = 36r 0 L = 40r 0 L = 44r 0 Fricción Punta Empotrada Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 43
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K = E p E s A p A ext Pilote de Acero Perfil Perímetro Área Área ext Es(Ap/Aext)/Ec IR 203 x 59.3 120.00 75.50 900 0.80 IR 305 x 86.1 160.00 109.70 1600 0.65 IR 305 x 96.7 180.00 123.20 2025 0.58 IR 356 x 196.5 219.00 250.30 3025 0.78 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 45
β = ( k h d 4E p I ) 1/4 p Pilote de Acero Perfil EIx/EIc EIy/EIc IR 203 x 59.3 0.85 0.29 IR 305 x 86.1 0.88 0.20 IR 305 x 96.7 0.62 0.20 IR 356 x 196.5 0.79 0.28 Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 46
Flexibilidad de la base (periodo y amortiguamiento) Pilotes de concreto vs pilotes de acero IR Sin EG menor rigidez y amortiguamiento del sistema de pilotes de acero Con EG rigideces y amortiguamientos similares Compatibilidad de deformaciones (movimiento del suelo) Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 47
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http://www.congresonacionaldeingenieriacivil.mx Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 49
MUCHAS GRACIAS lrfs@azc.uam.mx Interacción Dinámica Suelo Estructura-Luciano R. Fernández Sola 50