Influencia del comportamiento elástico de un suelo flexible en el diseño estructural de un centro comercial de cuatro niveles

(1)

,

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN

SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN

CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES

INFORME DE SUFICIENCIA

Para optar el Título Profesional de:

INGENIERO CIVIL

ROGER TAPIA HUARCAYA

(2)

(3)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A FACUL TAO DE INGENIE RIA CNIL

ÍNDICE

RESUMEN

LISTA DE CUADROS

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE SÍMBOLOS Y DE SIGLAS

INTRODUCCIÓN

CAP�ULOl:ANTECEDENTES

1.1.0. ANTECEDENTES

CAPÍTULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE

ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN

2.1.0. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EDIFICACIÓN

2.2.0. CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN

2.2.1. Criterios generales

2.3.0. PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

2.3.1. Losas Macizas

2.3.2. Vigas 2.3.3. Columnas

2.3.4. Muros de corte

2.3.5. Cimentación

CAPÍTULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

3.1.0. INTRODUCCIÓN

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO EL4STICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

INDICE

Pág.

04

05 09 11 17 18

18

19

23

24

25

(4)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A FACUL TAO DE INGENIER{A CIVIL

3.2.0. MODELOS DE ESTUDIO

3.2.1. Modelo dinámico de Winkler 3.2.2. Modelo dinámico de Pasternak 3.2.3. Modelo dinámico de Barkan-Savinov

CAPÍTULO IV: ANÁLISIS SÍSMICOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS 4.1.0. ANÁLISIS SÍSMICOS ESTÁTICOS

4.2.0. ANÁLISIS SÍSMICOS DINÁMICOS

CAPÍTULO V: ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS

OBTENIDOS.

5.1.0. PERIODOS Y MODOS DE VIBRACIÓN

5.2.0. DESPLAZAMIENTOS ABSOLUTOS Y RELATIVOS

INDICE

26

27

29

32

34

36

40 40 40 5.3.0. FUERZAS CORTANTES, AXIALES Y MOMENTOS FLECTORES 42

CAPÍTULO VI: DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 44

6.1.0. CRITERIOS DE DISEÑO 44

6.1.1. Combinaciones de cargas 44

6.1.2. Requerimientos por flexión 44

6.1.3. Requerimientos por flexocompresión uniaxial y biaxial 47

6.1.4. Requerimientos por corte 48

6.1.5. Requerimientos para la presión admisible y cortante por punzonamiento 52

6.2.0. DISEÑO DE LOSAS MACIZAS

6.3.0. DISEÑO DE VIGAS

6.4.0. DISEÑO DE COLUMNAS

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/ÍJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES

BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

53

55

58

(5)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL

6.5.0. DISEÑO DE MUROS DE CORTE

6.6.0. DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN

CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1.0. CONCLUSIONES

7.2.0. RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL OISE/110 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

INDICE

61

63

66

68

69

(6)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A FACUL TAO DE INGENIER{A CIVIL

RESUMEN

RESUMEN

El presente informe de suficiencia está orientado al cálculo estructural de un centro comercial de cuatro niveles, considerando la influencia del ·comportamiento elástico de un suelo flexible de baja capacidad portante. Este efecto es conocido a nivel mundial como interacción suelo-estructura (ISE). Comúnmente en los análisis estático y dinámico se asumen modelos perfectamente empotrados a un medio rígido. Esta hipótesis constituye una adecuada representación de la situación física en el caso de estructuras cimentadas sobre macizo rocoso; sin embargo en el caso de estructuras cimentadas sobre materiales no consolidados como es el caso de un suelo flexible estará muy distante del comportamiento real. Para ello se ha considerado en los análisis anteriormente mencionados la influencia del comportamiento elástico del suelo flexible en la estructura planteada, concluyéndose de que el suelo de fundación disipa parte de la energía sísmica, ocasionando variaciones en el cálculo de fuerzas y esfuerzos internos en los elementos estructurales.

Se realizó la descripción general de la edificación. Para el módulo de estudio, los parámetros físicos, mecánicos, geotécnicos y dinámicos para el suelo de fundación se han tomado de un estudio de mecánica de suelos de tal manera que caracterice a un suelo flexible según las normas E.050 y E.030. Se realizó el pre dimensionamiento de los elementos estructurales tales como: losas macizas, vigas, columnas, muros de corte y la cimentación. Se desarrollaron modelos de estudio propuestos por investigadores en el campo de la ingeniería estructural y geotécnica, siendo el modelo dinámico de interacción suelo-estructura empleado para el presente informe de suficiencia el de Barkan-Savinov.

Se realizaron los análisis sísmicos estáticos y dinámicos de la edificación, para ambas situaciones de estudio. Consecuentemente se realizó un análisis comparativo para ambos casos, notándose un aumento de los periodos, desplazamientos absolutos y relativos así como también una disminución de las fuerzas cortantes en la base al considerar la interacción suelo-estructura.

Se realizó el diseño de los elémentos estructurales para ambas situaciones de estudio, tomando como base los resultados obtenidos en el análisis dinámico.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(7)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA

FACUL TAO DE INGENIERfA CIVIL LISTA DE CUADROS

LISTA DE CUADROS

Cuadro Nº_2.1 _{Parámetros sísmicos en las direcciones "X;, e "Y"}

Pág

23

Cuadro Nº_2.2 _{Pre-dimensionamiento de losas macizas en dos direcciones}

Cuadro Nº_2.3 _{Pre-dimensionamiento de vigas}

Cuadro Nº_2.4 _{Pre-dimensionamiento de columnas centrales y en esquinas} Cuadro Nº_2.5 _{Pre-dimensionamiento de muros de corte}

Cuadro Nº_2.6 _{Pre-dimensionamiento de la platea de cimentación} Cuadro Nº_3.1 _{Valores de "C}

o" de acuerdo al tipo de suelo de fundación

Cuadro Nº_4.1 _{Parámetros empleados en la aplicación del modelo dinámico de}

interacción suelo-estructura de Barkan-Savinov

24

25

31

32

Cuadro Nº_4.2 _{Coeficientes de desplazamiento elástico uniforme, de compresión}

elástica uniforme y no uniforme en el centroide de la platea

Cuadro Nº_4.3

Cuadro Nº_4.4

Cuadro Nº_4.5

·de cimentación 33

Coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme, de

compresión elástica uniforme y no uniforme en el centroide de la

platea de cimentación

Coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme, de

compresión elástica uniforme y no uniforme en cada nudo

formado en la platea de cimentación

33

Fuerzas cortantes y distribución de la fuerza sísmica en altura en

'I

las direcciones "X" e "Y" para ambas situaciones de estudio del

(8)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A

FACUL TAO DE INGENIER{A CIVIL _{LISTA DE CUADROS}

Cuadro Nº_4.6

Cuadro Nº_4.7

Cuadro Nº_4.8

Cuadro Nº_4.9

Cuadro Nº_5.1

Cuadro Nº_5.2

Cuadro Nº_5.3

Cuadro Nº_5.4

Cuadro Nº_6.1

análisis estático

Desplazamientos absolutos y relativos en las direcciones "X" e

"Y" para ambas situaciones de estudio del análisis estático

34

35

Fuerzas cortantes y momentos flectores actuantes en cada nivel

de la edificación para ambas situaciones de estudio del análisis

estático 35

Desplazamientos absolutos y relativos en las direcciones "X" e

"Y" para ambas situaciones de estudio del análisis dinámico 39

Fuerzas cortantes y momentos flectores actuantes en cada nivel

de la edificación para ambas situaciones de estudio del análisis

dinámico 39

Periodos de vibración para ambas situaciones de estudio del

análisis dinámico 40

Desplazamientos absolutos obtenidos �n el análisis dinámico

para ambas situaciones de estudio 41

Desplazamientos relativos obtenidos en el análisis dinámico

para ambas situaciones de estudio 41

Fuerzas cortantes, fuerzas axiales y momentos flectores de los

elementos estructurales verticales del primer nivel obtenidos

en el análisis dinámico para ambas situaciones de estudio

•

42

Diseño de la franja central de ancho 1 m "ubicada entre los ejes

"1" y "2" de la losa maciza del primero, segundo y tercer nivel 53

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH TAPIA HUARCAYA ROGER

(9)

FACUL TAO DE INGENIER{A CIVIL LISTA DE CUADROS

Cuadro Nº_6.2 _{Diseño de la franja central de ancho 1 m ubicada entre los ejes}

"1" y "2" de la losa maciza del cuarto nivel

Cuadro Nº_6.3 _{Diseño por flexión del tramo de la viga del eje "2" ubicado entre}

los ejes "D" y "E" del análisis dinámico para ambas situaciones

de estudio

Cuadro Nº_6.4 _{Diseño por flexión del tramo de la viga del eje "2" ubicado entre}

los ejes "E" y "F" del análisis dinámico para ambas situaciones

de estudio

Cuadro Nº_6.5 _{Verificación de la falla dúctil para la viga V(35x70)}

54

55

56

Cuadro Nº_6.6 _{Diseño por corte de la viga del eje "2" del primer nivel del análisis}

Cuadro Nº_6.7

dinámico para ambas situaciones de estudio

Combinaciones de carga según la NTE E.060 de la columna central del análisis dinámico para ambas situaciones de estudio

Cuadro Nº_6.8 _{Verificación por flexocompresión biaxial de la columna central} 57

58

del análisis dinámico para ambas situaciones de estudio 60

Cuadro Nº_6.9 _{Diseño por corte de la columna central del análisis dinámico para}

ambas situaciones de estudio

Cuadro Nº_{6.1 O Combinaciones de carga según la NTE E.060 del muro de corte} 60

P2 del análisis dinámico para ambas situaciones de estudio 61

Cuadro Nº_{6.11 Verificación de elementos de borde en extremos del muro de corte} P2 del análisis dinámico para ambas situaciones de estudio

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfilO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

62

(10)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL LISTA DE CUADROS

Cuadro Nº_{6.12 Diseño del refuerzo longitudinal del muro de corte P2 del análisis}

dinámico para ambas situaciones de estudio 63

Cuadro Nº_{6.13 Diseño por corte del muro de corte P2 del análisis dinámico para}

ambas situaciones de estudio

Cuadro Nº_{6.14 Diseño por flexión de la franja de ancho 1 m del eje "2" de la}

platea de cimentación del análisis dinámico para ambas

situaciones de estudio

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL OISE/ÍIO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES

BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

63

65

(11)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL LISTA DE FIGURAS

Figura Nº_2.1

Figura Nº_2.2

Figura Nº_2.3

Figura Nº_2.4

Figura Nº2.5

Figura Nº_3.1

Figura Nº_3.2

Figura Nº_3.3

Figura Nº_4.1

Figura Nº_4.2

Figura Nº_6.1

Figura Nº_6.2

LISTA DE FIGURAS

Pág

Planta arquitectónica-primer nivel 19

Plantas arquitectónicas-segundo, tercero y cuarto nivel 20

Corte arquitectónico A-A 20

Corte arquitectónico 8-8 21

Elevación principal E-1 21

Coeficiente de balasto vertical para un estrato, según Winkler 26

Coeficiente de balasto vertical y horizontal para un estrato, según Pasternak

Coeficiente de balasto vertical y _{horizontal para dos estratos,}

según Pasternak

Espectros inelásticos de pseudo-aceleraciones para ambas

situaciones de estudio

27

28

36

Modos de vibración, masas participativas MP(en %) y periodos T (en s) sin considerar la interacción suelo-estructura en el análisis

dinámico

Diagramas de interacción en dirección "X" _{de la columna central}

del primer nivel del análisis dinámico para ambas situaciones

de estudio

Diagramas de interacción en dirección "Y" de la columna central

del primer nivel del análisis dinámico para ambas situaciones

37

59

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(12)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL LISTA DE FIGURAS

Figura Nº6.3

Figura Nº_6.4

Figura Nº6.5

de estudio

Diagramas de interacción del muro de corte P2 del análisis

dinámico para ambas situaciones de estudio

Valores de la presión transmitida al suelo de fundación por las

cargas en servicio del análisis dinámico sin considerar la

interacción suelo-estructura

Verificación del cortante por punzonamiento de la platea de

cimentación del análisis dinámico sin considerar la interacción

suelo-estructura

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

59

62

64

(13)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERfA CIVIL LISTA DE SfMBOLOS Y SIGLAS

LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS

qa :Presión admisible del suelo de fundación

Ye :Peso específico del concreto armado

fe :Resistencia especificada a la compresión del concreto

fy :Esfuerzo de fluencia del refuerzo

R :Coeficiente de reducción de fuerza sísmica

z

:Factor de zona

u

:Factor de uso e importancia

s

:Factor de suelo

e

:Coeficiente de amplificación sísmica

T : Periodo fundamental de la estructura para el análisis estático o

periodo de un modo en el análisis dinámico

TP :Periodo que define la plataforma del espect�o para cada tipo de suelo

Le :Luz entre ejes de elementos

he :Peralte de cálculo del elemento

hd :Peralte de diseño del elemento

B :Ancho tributario de vigas

Ae :Área tributaria de columnas

Ps :Cargas de gravedad en servicio

e.e.

:Columna central

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

Pág

21

22 22 22

23 23 23 23

23

23 24

24

(14)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL LISTA DE SIMBOLOS Y SIGLAS

C.E.I.

e.E.E.

d

Vu(dt2J

:Columna esquina interior

:Columna esquina exterior

:Factor de reducción de resistencia

:Distancia desde la fibra extrema en compresión hasta el centroide

del refuerzo longitudinal en tracción

:Fuerza cortante última ubicada a una distancia (d/2) desde la cara de

apoyo

24

25

Vcp :Resistencia del cortante por punzonamiento 25

db :Diámetro comercial de la barra 25

ldg :Longitud de desarrollo en tracción de barras con gancho estándar 25

tx

ty

Lx

Cx

Cv

Cz

Ccpx

:Espesor del muro de corte en dirección "X"

:Espesor del muro de corte en dirección "Y"

:Longitud del muro de corte en dirección "X"

:Longitud del muro de corte en dirección "Y".

:Módulo de Poisson del suelo de fundación

:Módulo de elasticidad del suelo de fundación

:Coeficiente de balasto vertical, según Winkler

:Coeficiente de balasto horizontal, según Pasternak

:Coeficiente de desplazamiento elástico uniforme en "X"

:Coeficiente de desplazamiento elástico uniforme en "Y"

:Coeficiente de compresión elástica uniforme en "Z"

:Coeficiente de compresión elástica no uniforme "X"

25

26

27

29

(15)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL LISTA DE S{MBOLOS Y SIGLAS

CcpY :Coeficiente de compresión elástica no uniforme en "Y" 29 Kx :Coeficiente de rigidez de desplazamiento elástico uniforme en "X" 29

Kv :Coeficiente de rigidez de desplazamiento elástico uniforme en "Y" 29

Kz :Coeficiente de rigidez de compresión elástica uniforme en "Z" 29

Kcpx :Coeficiente de rigidez de compresión elástica no uniforme en "X" 29

Kcpv :Coeficiente de rigidez de compresión elástica no uniforme en "Y" 29

Co :Coeficiente que depende del tipo de suelo de fundación 30

Do :Coeficiente determinado experimentalmente 30

Po :Presión determinada o de trabajo para el cálculo de Co 30

byp

AsPc

PTsF

Fa

V

:Factor de corrección de unidades

:Lado de la platea de cimentación paralelo al eje "X"

:Lado de la platea de cimentación paralelo al eje ''Y"

:Área de la base de la platea de cimentación

:Altura de la platea de cimentación

:Peso total transmitido al suelo de fundación

:Altura correspondiente al nivel i en la edificación

:Fuerza concentrada en la parte superior de la edificación

:Fuerza sísmica actuante en el nivel i de la edificación

:Peso del nivel i en la edificación

:Fuerza cortante en la base de la estructura

:Fuerza cortante en dirección "X"

Vy :Fuerza cortante en dirección "Y"

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

30

32

32 32

34

34 34 34

(16)

FACUL TAO DE INGENIERfA CIVIL LISTA DE S{MBOLOS Y SIGLAS

Mx

B

ka

k

h

:Periodo efectivo en direccion "X" considerando la interacción

suelo-estructura

: Periodo efectivo en dirección "Y" considerando la interacción

suelo-estructura

:Fuerza cortante en dirección "X" considerando la interacción

suelo-estructura

:Fuerza cortante en dirección "Y" considerando la interacción

suelo-estructura

:Desplazamiento absoluto del nivel i en dirección "X"

:Desplazamiento absoluto del nivel i en dirección "Y"

:Desplazamiento relativo del nivel i en dirección "X"

:Desplazamiento relativo del nivel i en dirección "Y"

:Momento flector en dirección "X"

:Momento flector en dirección "Y"

:Aceleración espectral

:Factor de reducción del espectro de diseño considerando la

interacción suelo-estructura

: Rigidez lateral del suelo de fundación

:Rigidez rotacional del suelo de fundación

: Rigidez de la edificación cuando se le fija en la base

:Altura efectiva de la edificación

34

35

36

38

(17)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACUL TAO DE INGENIERÍA CIVIL LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS

W¡ :Peso del nivel i en la edificación

w

:Peso efectivo de la edificación

W1 : Peso efectivo de la edificación correspondiente al primer modo de

vibración

cf>¡1 :Amplitud de desplazamiento del entrepiso i correspondiente al

primer modo de vibración

CM :Carga muerta o permanente

CV :Carga viva o sobrecarga

s

:Carga de sismo

Mu :Momento de diseño en la sección

As :Área de refuerzo longitudi_nal no preesforzado a tracción

b :Ancho de la cara en compresión del elemento

Pb :Cuantía de refuerzo As evaluada sobre el área bd que produce

condiciones balanceadas

Pd :Cuantía de diseño de la sección de la viga en estudio

'31 :Factor que relaciona la profundidad de bloque rectangular

equivalente de esfuerzos con la profundidad del eje neutro

h :Peralte del elemento estructural

fr :Módulo de ruptura del concreto

Mn :Resistencia nominal a flexión de la sección

Mcr :Momento de fisuración

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL

DISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

38

44

45

46

(18)

FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL LISTA DE SIMBOLOS Y SIGLAS

:Momento de inercia de la sección bruta del elemento con respecto al

eje que pasa por el centroide, sin tener en cuenta el refuerzo 46

Y1 :Distancia desde eje centroidal de la sección total° a la fibra extrema en

tracción sin considerar el refuerzo

fyt :Esfuerzo nominal de fluencia del refuerzo transversal

:Fuerza cortante de diseño en la sección

:Fuerza axial de diseño

bw :Ancho del alma

As,mín :Área de refuerzo mínimo

Pnfb :Resistencia a carga axial en flexión biaxial.

Pnx :Resistencia nominal bajo la acción de momento en "X"(ey=O)

únicamente

Pny :Resistencia nominal bajo la acción de momento en "Y"(ex=O)

ex

ey

únicamente

:Excentricidad que genera un momento actuante en dirección "Y"

:Excentricidad que genera un momento actuante en dirección "X"

Pon :Resistencia nominal bajo la acción de carga axial únicamente

Pn,máx :Máximo valor permitido de Pn

:Resistencia de diseño a flexión de la sección con respecto al eje

�Mny :Resistencia de diseño a flexión de la sección con respecto al eje

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

46

47

48

(19)

FACULTAD DE INGENIER{A CIVIL LISTA DE S{MBOLOS Y SIGLAS

"Y"

Ve :Resistencia nominal al cortante proporcionada por el concreto

Vn :Resistencia nominal a cortante

Vs :Resistencia nominal al cortante proporcionada por el acero

Nu :Carga axial amplificada normal a la sección transversal, que ocurre

simultáneamente con Vu

Ag :Área bruta de la sección

Acw :Área de corte de la sección transversal de un muro de concreto

Ph :Cuantía de refuerzo horizontal para cortante

Pv :Cuantía de refuerzo vertical para cortante

Vua :Fuerza cortante factorada proveniente del análisis

Mua :Momento flector factorado proveniente del análisis

k :Factor que relaciona la cortante actuante última por punzonamiento con respecto a la capacidad admisible de la cimentación

0 :Diámetro comercial del acero de refuerzo

As.e :Acero de refuerzo de cálculo por flexión

As,d :Acero de refuerzo de diseño por flexión

As,máx :Acero de refuerzo máximo

Se :Espaciamiento del refuerzo de cálculo

sd :Espaciamiento del refuerzo de diseño

ISE : Interacción suelo-estructura

qt(máx) :Presión máxima transmitida al suelo de fundación

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfilO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

48

50

51

52

53

57

62

64

(20)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER/A FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

La interacción suelo-estructura, es un campo de la ingeniería civil, que une a la ingeniería geotécnica con la ingeniería estructural. La necesidad de esta unificación ha sido evidente por el simple hecho de que ningún edificio al momento de su análisis y diseño podría aislarse de su interacción con el suelo de fundación, existiendo un sin número de espectros y parámetros a resolver. En estos últimos años el desarrollo de las capacidades de las computadoras a través de la tecnología ha permitido analizar diversos tipos de estructuras, considerando su interacción con el suelo de fundación.

El efecto de interacción suelo-estructura es muy notorio en el cálculo de edificaciones cuando se traten de suelos de baja capacidad portante como es el caso del suelo flexible, debido a que influye en la determinadón de los periodos, modos de vibración, desplazamientos, así como también en el cálculo de las fuerzas y esfuerzos de los diferentes elementos estructurales de la edificación y consecuentemente en el diseño estructural.

Debido a la existencia de poderosos programas de cómputo, como es el caso del

ETABS, los cuales permiten modelar y analizar edificaciones mediante técnicas de modelamiento simple y sofisticado, fue lo que me llevó a desarrollar en el presente informe de suficiencia un estudio sobre la influencia del comportamiento elástico de un suelo flexible en el diseño estructural de un centro comercial de cuatro niveles, empleando para ello el modelo de interacción suelo-estructura de Barkan-Savinov.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(21)

FACULTAD DE INGENIERfA CIVIL CAPITULO I: ANTECEDENTES

CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES

En los últimos años el problema de interacción suelo-estructura ha sido estudiado de manera muy importante en el campo de la ingeniería civil. En una interpretación más generalizada, este problema puede ser formulado como un contacto dinámico entre el suelo de fundación y la cimentación de la estructura.

Cabe resaltar que en la actualidad este problema aún está lejos de su completa formulación, ya que los modelos matemáticos y físicos aún tienen un sin número de aspectos no determinados ni modelados, razón por la cual este tema es un campo abierto para la investigación.

En las investigaciones actuales se. han resuelto varios aspectos de este problema. Por ejemplo cuando la base es considerada como un semi-e'spacio elástico y la acción sísmica como un proceso ondulatorio se resolvieron varios problemas de difracción de ondas en la cimentación, que determinan el carácter de la acción sísmica en la edificación.

Otra orientación más cercana a los métodos ingenieriles se relaciona con determinados parámetros de rigidez de la cimentación, que se determinan en base a investigaciones experimentales o procesos teóricos-experimentales que consideran el carácter ondulatorio de la acción sísmica.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/i/O ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(22)

F ACULTAD DE INGENIER{A CNJL CAPITULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIF ICACIÓN

CAPÍTULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE

ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN

2.1.0. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EDIFICACIÓN

El proyecto planteado, es un centro comercial de cuatro niveles, el cual se desarrollará dentro de un terreno de forma regular de 1915, 17m2 _{de área disponible.}

El centro comercial está conformado por dos módulos independientes, de los cuales el primer módulo consta de 20 stands en el primer nivel y de 22 stands en el segundo, tercero y cuarto nivel cada uno, de diferentes áreas y también tiene su respectivo dueto de iluminación. El segundo módulo está conformado por una caja de escalera que conecta a los diferentes niveles del primer módulo y está aislado del mismo con una junta de separación sísll)ica.

El proyecto estará ubicado en el distrito de Baños del Inca, el cual pertenece a la provincia y departamento de Cajamarca y el módulo de estudio para la aplicación de la interacción suelo-estructura en el presente informe de suficiencia será el centro comercial de cuatro niveles. Las plantas, cortes y elevación arquitectónica se muestran en las figuras Nº_{2.1, 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5.}

e¡) (1)

-· �

--

-!! D

.

_'.rn.'f!!!' _'_'_"' _-,..

_-

-,,, . •

l

u

11 '-=a J=

.

> -_�"''

-' e!)

o

j

• e!)

4� '

.

--

.

� 1D 1�-· .;.

-

. 1 ,l.l), _"' 1

....

-;) <y

�

� _,_G!

1,_

-'=- ₁

•

,,

-

"'

V

=

•

_,.

)

· -

'

- r,;l,; ' �111 - .. �

[X

l,"'1-!iil

-

_{_}

_...

.

1

1-= =· 1, -I\

J

•

· -.�

.

•

i]

·-¡e ... l':. _/ �

::::i

-

,=;

-�

©-t

.

-�1- �· 1_El - - 1 �

• -··

.

_r:_a -_1, ₁ _·11 _{_.}_rr

�� i-•.aLJ

:� _JI _'

.. ..

· I

' 1 _.t?

1

-

.

�

--

-

_.

--

�--

-,-. �

-

_.

_"

e i> ;¿) <!> et>

,.J.

<1> e:,

-,

Figura Nº_{2.1.- Planta arquitectónica-primer nivel}

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

:=

.

's r..i

-

,

:= _-₁_, '

1.,!.:,

� 1 � _'

' _::J

.

..

-·

· -

·

cP

-

_-

.

_.

:;::'

-r:;,¡,

.

(23)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER(A

FACUL TAO DE INGENIE RIA CfVIL CAPITULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIF ICACIÓN

() (j)

o

®

<? C) -;> <;>

-

--

' -·PJ•r>•r>

--

·

·:._:,

�-1

,1�

₁

�

-

�,

:

�11r11,�-··ra _.•_�-_·₁_._:₁

)1 ·":11 .rit.H -":11 .. Af" .. .;¡:u

1 ,!! •

•

,!

H

1

r

g)

..

.

' '

�

-- 1 •

-

·

-(ii

..

_·-

_,

_.

,.�

--

'

--•

'

-

_,.

.

' '

' .§)

a

"" '

-

-'

-

_.

·>

-

--

_,

_"' � -

u

-

�I

.

= _]

•

i

-1

'

I

D - "'-Í

-- = _'

•

'° - "

r

=

,c:iaw

-

₁₁

_.

_m

_"

,�,

-'

1

�

-.J)

-

n

,,_ �

..

-lW\o&i

.-a

-w

.

' {"i='J �

-···--�--fµ'

-� '&'

.

_il

-

QI -;__ 1i.

-

�

1 t ";í)

"'

V

₌ =

L

•

,,_.

�

-·

'

v<

_...,.

.

-

_...

-.

'

= _'

"

:= =

-

··

../

""

t'l;;.1 -- 1% _"'r:,

ll -�·

•

-

--11

"

ll ll1r..1

' '

-' 1 ₁

..

_�

a

1 ₁

...

� '

�

-

<,;;;:,

--

r"-

-

-'

¡:::;=

i==

',-.

-

-(!) •} _�

(� <) :) (}

Figura Nº_{2.2.- Plantas arqu1tectomcas-segundo, tercero y cuarto nivel}

(i) © 1� 9 _'?

-

--

'"

-

-.

.

,__ .,__

•,_ 11

-

-.

-

_G

t\

.=i_

,.

-

::::::,

-

11

-

_.,,

-

-·

-.

-

_� 1 \

� _l '- -.l

-

-·

-

_-

-.

,-

'

- - -

-.

-

_� 1 \.

!!::::!,

�'

� e:::, Ct

· -·

-

_,, -

-

_,.

· -

11

o

.,

::::,_ ::i..

�

.

•·:.,"( .·: ... ,,;.� .:.• <�1-,e;: I , •.·�:t;, ... t• . . -.c ... :, ,·'\:',rl,.''\,_1; ., '. .r·�: . ;'',, · ... \;,,;,•:.,- .-�� :····�-'�:..� .. -.> .. t!. •o:.-�

-Figura Nº_{2.3.- Corte arquitectónico A-A}

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfíJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

()

,-�.

I

'

:w 1=_,_-1"

-

¡,,

"

-

_,_-_·

¡,.

:,,'

-

:

=

ta

I"

,_.

..

_,-

_

..

t

-,.,

·.,.,

..

,,

...

_,

..

i

�

(24)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

F ACUL TAO DE INGENIERÍA CIV IL CAPÍTULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIF ICACIÓN

ii;�

· ;

=·

=��t;;

}

;��

-

-.:_

-·-·. ---. ---.-... ' ----·---···-·

-CORTEB-B

-Figura Nº_{2.4.- Corte arquitectónico B-B}

ELEVACIÓN PR

-

INCIPAL E-01

Figura Nº_{2.5.- Elevación principal E-1}

Parámetros físicos y dinámicos del suelo de fundación:

- Presión admisible "qa" (1,65 kgf/cm2₎

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO Ei.ASTJCO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEflO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(25)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO 11: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN

- Módulo de Poisson µs (0,30)

Sistema unificado de clasificación de suelos SUCS:

- Arena arcillosa (SC)

Propiedades físicas y mecánicas de los materiales empleados:

- Módulo de elasticidad del concreto Ec (230 000 kgf/cm2₎

- Módulo de Poisson del concreto µe (0,20)

- Peso específico del concreto armado Ye (2400 kgf/m3₎

- Resistencia a la compresión del concreto f'c (210 kgf/cm2₎

- Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo fy (4200 kgf/cm2)

Cargas de diseño, según la NTE E.020:

Carga Muerta o Permanente "CM":

- Peso de acabados para el primero, segundo, tercero y cuarto nivel (150 kgf/m2₎

- Peso de acabado de ladrillo pastelero para la azotea (100 kgf/m2₎

- Peso de tabiquería para el primero, segundo, tercero y_cuarto nivel (150 kgf/m2₎

Carga Viva "CV":

- Sobrecarga en corredores para el primero, segundo, tercero y cuarto nivel (500

kgf/m2₎

- Sobrecarga para la azotea (100 kgf/m2₎

Parámetros sísmicos según la NTE E.030:

Los parámetros sísmicos para hn=15,30m, en las direcciones "X" e "Y" se muestran en el cuadro Nº_2.1.

(26)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER(A

Cuadro Nº_{2.1.- Parámetros sísmicos en las direcciones "X" e "Y".}

Descripción Valor

z

· o

,

4o

u

1,30

s

1,40

To(S) _0,90

Cr 60

T(s) 0,26

c

2,50

Coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R) 6

C/R 0,42

2.2.0. CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN

2.2.1. Criterios generales:

Aspectos centrales en el comportamiento sismo-resistente:

Rigidez

La rigidización de las estructuras de edificios se hace mediante una combinación de pórticos y muros estructurales. Con ello se consigue no sólo limitar la flexibilidad del pórtico disminuyendo las defonnaciones, sino que a la vez este último le confiere hiperestaticidad al muro.

Resistencia

La filosofía actual de diseño sísmico, pone más énfasis en la distribución, continuidad, hiperestaticidad y ductilidad de la estructura que en su resistencia.

Ductilidad

El comportamiento dúctil de la estructura se logra definiendo una jerarquía de resistencia que asegure la formación de un mecanismo inelástico dado en el caso de sismos severos. La ductilidad en los elementos estructurales se logrará a través del confinamiento del concreto estructural, anclaje y empalme del acero de refuerzo.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEflO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(27)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO JI: ESTRUCTURACIÓN Y PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN

2.3.0. PRE-DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTR__LICTURALES

2.3.1. Losas macizas:

El pre-dimensionamiento de losas macizas se muestra en el cuadro Nº2.2.

Cuadro Nº_{2.2.- Pre-dimensionamiento de losas macizas en dos direcciones}

Losas macizas CV Le � Fórmula he hd

del (kgf/m2₎ _(m) _(m) _(m)

Primero al tercer nivel 500 7,00 28 _h=-Le 0,25 0,25

Cuarto nivel 250 7,00 32 0,22 0,20

2.3.2. Vigas:

El pre-dimensionamiento de vigas se muestra en el cuadro Nº_2.3.

Cuadro Nº_{2.3.- Pre-dimensionamiento de vigas}

Ancho Luz Carga Fórmulas Dimensiones Vigas tributario entre viva

del ejes a B b h

B Le CV b = 20 (m) (m)

(m) (m) (Kgf/m2)

Primero,

segundo 7,00 7,00 500 10 _h=-Le 0,35 0,70

y tercer nivel _' a

Cuarto nivel 7,00 7,00 250 11 0,35 0,64

Manteniendo las mismas dimensiones de los niveles inferiores 0,35 0,70

2.3.3. Columnas:

Debido a la existencia de muros de corte, el pre-dimensionamiento de columnas se

muestra en el cuadro Nº_2.4.

Cuadro Nº_{2.4.- Pre-dimensionamiento de columnas centrales y en esquinas}

Tipo de A Ps

columna (tonf)

e.e.

1,10 289,45

C.E.I. 1,10 232,76

C.E.E. 1,50 99,32

n fe

(kgf/cm2₎

0,30 210

0,20 210

Fórmula

AXP5 A =--_{e n X f'c}

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO Ei.ASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL OISEfiJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

Ac (cm2₎

5053,94

4064,10 3547,31

bxh

(cmxcm)

75X75

75X75 60x60

(28)

2.3.4. Muros de corte:

El pre-dimensionamiento de muros de corte se muestra en el cuadro Nº_2.5.

Cuadro Nº_{2.5. - Pre-dimensionamiento de muros de corte}

Fuerza Peso Área Número Peso total cortante Categoría aproximado aproximada de pisos aproximado en la

por piso por piso "Pt" base

"V"

"I" _(tonf/m2₎ _(m2₎ _(und) _(tonf) _(tonf)

Importante 1,25 724,90 4,00 3624,49 1099,43

Formulación Area del Dimensiones en Dimensiones en

muro de dirección "X" para los dirección "Y" para los

corte muros de corte P2 muros de corte P1

Acw = _{15 (kgf)} _Acw _tx _Lx _#de _t

y,_ Ly #de

cm2 _(cm2₎ _(m) _(m) _Muros _(m) _(m) _Muros

de corte de corte

73295, 14 0,20 7,00 4 0,25 7,00 2

2.3.5. Cimentación:

El pre-dimensionamiento de la platea de cimentación se muestra en el cuadro Nº_2.6.

Cuadro N°_{2.6. - Pre-dimensionamiento de la platea de cimentación}

Según el inciso 12.5.1(NTE E.060),

Cortante por la longitud .de desarrollo para

punzonamiento para barras corrugadas en tracción

la columna más crítica que terminen en gancho estándar

"Ldg "

Formulación Formulación

V d � <l>Vcp ₍0,24. lJ/e, A. fy

)

u(z) Ldg =

./re

.db

f' e

d;::: 58,40cm dmínirno = 58,40cm

db = 2,54cm Ldg ;::: 8db ; Ldg ;::: 15cm

recubrimiento = 7,50cm

hmín h

(cm) (cm)

67,17 70,33

Peralte de la platea de cimentación elegida h(cm) 80,00

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/\10 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(29)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

CAPÍTULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

3.1.0. INTRODUCCIÓN

En la actualidad hay una tendencia al cambio de métodos de cálculo más seguros, a la búsqueda de nuevas metodologías de análisis para resolver problemas constructivos, al uso más frecuente de la construcción sismorresistente y a la reducción de costos, lo que conllevaría a un mejor diseño desde el punto de vista estructural y económico. No se podrán resolver los múltiples problemas de la ingeniería sísmica sin una adecuada modelación estructural y la elección de un modelo de interacción suelo-estructura ya que así se proporciona una aproximación cercana al comportamiento real.

La correspondiente asignación de los coeficientes de rigidez de diversos modelos dinámicos de interacción suelo-estructura se resume a continuación.

3.2.0. MODELOS DE ESTUDIO

3.2.1. Modelo dinámico de Winkler.

En sus investigaciones realizadas generó un coeficiente vertical "C1" que dependerá de ciertos parámetros físicos siendo el caso para un estrato existente como se muestra en la figura Nº_3.1.

/

Superestructura+ Cimentación

-0-Es; µs; hs

Figura Nº_{3.1.- Coeficiente de balasto vertical para un estrato, según Winkler}

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(30)

FACUL TAO DE INGENIER{A CIVIL CAP{TULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

Donde:.

q -+ Carga transmitida de la estructura+ cimentación, al suelo de fundación.

C1 -+ Coeficiente de balasto vertical.

Es -+ Módulo de elasticidad.

µ₅-+ Coeficiente de Poisson.

h5 -+ profundidad del estrato existente.

3.2.2. Modelo dinámico de Pasternak.

Pasternak añadió otro coeficiente pero en sentido horizontal denotado como "C2" al modelo de Winkler para uno y dos estratos como se muestran en las figuras Nº_3.2_y 3.3 respectivamente.

Superestructura+ Cimentación

__ g

_

7�

t

C1 hs

Es; µs;

hs

/

Figura Nº_{3.2.- Coeficiente de balasto vertical y horizontal para un estrato, según Pastemak}

Es.hs C2 _=----_{6. (1}

₊

_µ5)

Donde:

q -+ Carga transmitida de la estructura+ cimentación, al suelo de fundación.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/ÍJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(31)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACUL TAO DE INGENIE�fA CIVIL CAPITULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

C1 � Coeficiente de balasto vertical.

C2 � Coeficiente de balasto horizontal.

E

s � Módulo de elasticidad.

µ5 � Coeficiente de Poisson.

hs � profundidad del estrato existente.

Superestructura+ Chn.entación

a

---mrlill�

Es1 ; µs1; hs1 -"Primer Estrato"

C1

---Es2 ; µs2 ; hs2 -"Segundo Estrato"

Figura Nº_{3.3.- Coeficiente de balasto vertical y horizontal para dos estratos, según Pasternak}

1

C1

=

_h _h

E

s1 _._{(1 - 2 .}_(µs

1)2)

+

s2 _E . (1 - 2 . (µs2)2)

S1 S2

1 _[ Es_{1 . h}s1 ₂ Es2 . hs2 _] Cz

=

_{6 (}_{, 1}

₊

_{)2 . (l} _{) .}(3

+

3. Er

+

3. (Er) )

+

_(l ₎

Er

+

µ51

+

µ52

Donde:

q � Carga transmitida de la estructura

₊

cimentación, al suelo de fundación.

C1 � Coeficiente de balasto vertical resultante de los dos estratos.

C2 � Coeficiente de balasto horizontal resultante de los dos estratos.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO EL4STICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL OISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(32)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER[A

FACUL TAO DE INGENIE RIA CNIL CAPITULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

Er � Factor adimensional.

E51,s2 � Módulos de elasticidad del primer y segundo estrato respectivamente.

µ51,s2 � Coeficientes de Poisson del primer y segundo estrato respectivamente.

h51,s2 � Profundidades del primer y segundo estrato respectivamente.

3.2.3. Modelo dinámico de Barkan-Savinov.

El modelo dinámico de Barkan-Savinov es teórico experimental, basado en la interacción de la cimentación con la base de fundación en forma de proceso establecido de vibraciones forzadas.

Para determinar los coeficientes de rigidez de las cimentáciones, el científico Barkan-Savinov propuso colocarlas en función de los coeficientes de compresión y desplazamiento elástico que operan sobre una inercia y un área respectivamente. Sólo se calculan cinco coeficientes de rigidez de los seis grados de libertad existentes, debido a que en este modelo se restringe el giro en el eje "Z", según las siguientes fórmulas

Donde:

Kx,v � Coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme.

Kz;q,X,q,Y � Coeficientes de rigidez de compresión elástica uniforme y no

uniforme.

Cx,v � Coeficientes de desplazamiento elástico uniforme.

Cz;q,X,q,Y � Coeficientes de compresión elástica uniforme y no uniforme.

A � Área de la base de la cimentación.

lx,v � Momentos de inercia de la base de la cimentación respecto al eje

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/Í/O ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(33)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

principal, perpendicular al plano de vibración.

Las fórmulas para los coeficientes de desplazamiento, de compresión elástica uniforme y no uniforme son:

_ _ _[ 2. (ax+ b_y)

]

ffi.

_ [

2. (ax+ 3by)l

ffi

Cx - D0. 1 + _{Ll A} . , C_q,x - C0. 1 + .

-· · Po Ll .A _Po

_ _[ 2(by

+

ax)

]

ffi

. _ [

2(by

+

3ax)l

ffi

Cy - D0 . 1

+ ,.

_A . , C_q,y- C0 . 1

+ ,.

.

-Ll • Po Ll • A Po

_ _[ 2(ax

+

by)

]

ffi

.

Cz - C0. 1

+ ,.

Ll .A Po

Donde:

C0 ; D0 � Coeficientes determinados a través de experimentos.

ax; by � Dimensiones de la cimentación paralelos a los ejes "X" e "Y"

respectivamente.

Ll� Coeficiente empírico de corrección de unidades.

p � Presión estática transmitida al suelo de fundación, el cual se calcula como:

(Peso de la superestructura) + (Peso de la cimentación + peso encima)

p= _A

p0 �Presión de prueba del ensayo de campo para el cálculo de C0.

Para el cálculo de "Do", se puede emplear la siguiente dependencia empírica:

( 1- µ5 ) Do= 1- O, 5. µ5 . Co Siendo:

µ5 � Módulo de Po is son del suelo de fundación.

(34)

·1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA

FACULTAD DE INGENIER{A CIVIL CAPITULO 111: MODELOS DE INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA

C0 � Coeficiente que depende del tipo de suelo y se determina bajo la

aplicación de una presión de prueba "p0".

Se determinaron experimentalmente los valores de "Co" para cualquier tipo de suelo, bajo la aplicación de una presión de prueba en el plato "Po= _{0,20 kgf/cm}2_" del ensayo de campo. El valor de "Co" estará en función de acuerdo al tipo de suelo de fundación como se muestra en el cuadro Nº_3.1.

Cua.dro Nº_{3.1.-Valores de "Co" de acuerdo al tipo de suelo de fundación}

arena arcillosa dura IL <

o

S1 Roca o suelos muy Arena com acta k < O

rígidos Cascajo, grava, canto rodado,

arena densa

Arcilla y arena arcillosa plástica 2,00

0,25 < kS 0,5

Arena lástica O< k s 0,5 1,60 S2 Suelos intermedios Arena polvorosa medio densa y 1,40

densa es 0,80

Arenas de grano fino, mediano y

grueso, independientes de su 1,80 densidad humedad

Arcilla y arena arcillosa de baja 0,80 Suelos flexibles o con lasticidad 0,5 < IL::; 0,75

S3 estratos de gran Arena plástica 0,5 < k s 1 1,00 espesor Arena polvorosa, saturada, porosa 1,20

e> 0,80

Condiciones Arcilla y arena arcillosa muy blanda 0,60 S4 excepcionales IL > 0,75

Arena movediza k> 1. 0,60

La naturaleza del suelo de fundación para este proyecto es "Arena arcillosa". De acuerdo al cuadro Nº_{3.1 el valor de "Co" para una presión de prueba aplicada en el}

plato "po= 0,20 kgf/cm2" del ensayo de campo es 0,80 kgf/cm3.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEfJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(35)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA

FACULTAD DE INGENIERfA CIVIL _{CAPITULO IV: ANAL/SIS S/SMICOS ESTA}_TICOSY DINAMICOS

CAPÍTULO IV: ANÁLISIS SÍSMICOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS

Los parámetros empleados para la aplicacrón del modelo de interacción suelo

estructura de Barkan-Savinov se muestran en el cuadro Nº_4,-1.

Cuadro Nº_{4.1.- Parámetros empleados en la aplicación del modelo dinámico de interacción}

suelo-estructura de Barkan-Savinov

Lado de la platea de cimentación,

paralelo al eje "X", considérando el axp 37,00 m

sobreancho de 1 m a cada lado.

Lado de la platea de cimentación,

paralelo al eje "Y", considerando el bvp 23,00 m

sobreancho de 1 m a cada lado.

Area de la base de la platea de Aspe 851,00 m2

cimentación

Peralte de la latea de cimentación hp 0,80 m

lx 37514,92 m4

Momento de inercia res ecto al e·e "Y" lv 97084,92 m4 Peso total transmitido al suelo de PTsF 6105,17 tonf fundación

Presión estática transmitida al suelo p 0,72 kgf/cm2

de fundación

Presión de prueba empleada en el _Po 0,20 kgf/cm2

ensa o de campo

Coeficiente experimental que depende Co 0,80 Kgf/cm3

del suelo de fundación de "po"

Módulo de Poisson µs 0,30 adimensional

Coeficiente experimental que depende Do 0,66 Kgf/cm3

del coeficiente de Poisson

Coeficiente empírico de corrección l:::,. 1,00 m-1

de unidades

Los coeficientes de desplazamiento elástico uniforme, de compresión elástica uniforme y no uniforme actuantes en el centroide de la platea de cimentación para el

caso de la interacción suelo-estructura se muestra en el cuadro Nº_{4.2. Los}

coeficientes de rigidez actuantes en el centroide de la platea de cimentación se

muestran en el cuadro Nº_{4.3 .}

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEriJO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(36)

FACUL TAO DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO IV: ANAL/SIS S!SMICOS ESTA TICOS Y DINAMICOS

Cuadro Nº_{4.2.- Coeficientes de desplazamiento elástico uniforme, de compresión elástica}

uniforme y no uniforme en el centroide de la platea de cimentación

. .: «¡;ompreSió.� · ,.,

· elástica uhifo11me·,

Cz tonf/m3

1712

Cuadro Nº_{4.3.- Coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme, de compresión}

elástica uniforme y no uniforme en el centroide de la platea de cimentación

Kx tonf/m

1200445

Kv tonf/m

1200445

Kcpx

tonf.m

70348024

Kcpv tonf.m

191644563

Se realizará una aproximación de la reacción del suelo de fundación en los nudos formados en la platea de cimentación a traves de la asignación de los cinco coeficientes de rigidez en cada nudo. Los valores se muestran en el cuadro Nº_4.4.

Cuadro Nº_{4.4.- Coeficientes de rigidez de desplazamiento elástico uniforme, de compresión}

elástica uniforme y no uniforme en cada nudo formado en la platea de cimentación ,

Coeflciemte·s de 11igide� de d es·Ji)la2lam iemt0 elástie0 l!lmifelilille

em el ml!ldo

KxN tonf/m

340

KvN tonf/m

340

KzN tonf/m

413

Modelamiento estructural de la platea de cimentación a través de los coeficientes de rigidez en el programa de cómputo ET ABS.

- En la platea de cimentación se ha discretizado el área total en cuadrículas de 50x50cm, un total de 3525 cuadrículas a través del comando MESH.

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE CUATRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER

(37)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER[A

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL _{CAPITULO IV: ANAL/SIS S[SMICOS ESTATICOS Y DINAMICOS}

- Posteriormente se liberarán los grados de libertad de todos los nudos formados, luego se seleccionarán todos los nudos para asignarles sólo la restricción rotacional

alrededor del eje "Z" a través del comando ASSIGN RESTRAINTS. Cada nudo

tendrá cinco grados de libertad de los cuales tres son de traslación y 2 de rotación. Nuevamente se seleccionarán todos los nudos para asignarles los cinco coeficientes

de rigidez a través del comando ASSIGN SPRINGS siendo: Dos coeficientes de

rigidez de desplazamiento elástico uniforme en "X" e "Y" (KxN ; KvN), un coeficiente

de rigidez de compresión elástica uniforme en "Z" (KZN) y dos coeficientes de rigidez de compresión elástica no uniforme actuantes en los planos "YZ" y "XZ" (K<r>xN ; Kq,vN)

respectivamente. Finalmente se discretizarán los muros de corte en cuadrículas cuyos anchos que llegan a la platea de cimentación coincidirán necesariamente.

4.1.0. ANÁLISIS SÍSMICOS ESTÁTICOS

Para ambas situaciones de estudio

Las fuerzas cortantes y la distribución de la fuerza sísmica en los niveles de la edificación para las direcciones "X" e "Y" se muestran en el cuadro Nº_4.5.

Cuadro Nº_{4.5.- Fuerzas cortantes y distribución de la fuerza sísmica en altura para las}

direcciones "X" e "Y" para ambas situaciones de estudio del análisis estático

Tx = Ty =0,26s < 0,70s .-Fa=0,00tonf Tx = O, 29s; T_y= 0,31s

Vx = 1132, 16

Peso Altura Vy = 1132,16

Nivel P1 h¡ Fx= F_y Vx=V_y _Fx

(n) (tonf) (m) (tonf) (tonf) (tonf)

4 620,76 15,30 322,89 322,89 285, 12

3 1037,21 11,48 404,63 727,52 357,31

2 1037,21 7,65 .269,76 997,28 238,21

1 1037,21 3,83 134,88 1132,16 119, 10

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCA Y A ROGER

Vx

= _{999, 74}

v

= _933,84

F_y Vx V_y

(tonf) (tonf) (tonf)

266,33 285,12 266,33

333,76 642,43 600,09

222,50 880,64 822,59

111,25 999,74 933,84

(38)

FACUL TAO DE INGENIE RIA CIVIL CAPITULO IV: ANAL/SIS SfSMICOS ESTATICOS Y DINAMICOS

Los desplazamientos absolutos y relativos de entrepiso en las direcciones "X" e "Y" para ambas situaciones de estudio del análisis estático se muestra en el cuadro Nº_4.6.

Cuadro Nº_{4.6.- Desplazamientos absolutos y relativos en las direcciones "X" e "Y" para ambas} situaciones de estudio del análisis estático

Distorsión

DAXi DAYi DRxi DRvi permisible

m m 0,007

4 0,0493 0,0750 0,0037

OK

3 0,0358 0,0546 0,0040

OK

2 0,0211 0,0323 0,0036

OK

1

OK

Distorsión

DAXi DAYi DRXi DRYi ermisible

(m) (m) 0,007

4 0,0617 0,0953 0,0041 0,0065

OK

3 0,0467 0,0722 0,0044 0,0071 NO CUMPLE

2 0,0305 0,0471 0,0042' 0,0069

OK

1 0,0150 0,0225 0,0031 0,0052

OK

Las fuerzas cortantes y los momentos flectores se muestran Nº_4.7.

Cuadro Nº_{4.7.- Fuerzas cortantes y momentos flectores actuantes en cada nivel de la edificación}

para ambas situaciones de estudio del análisis estático

Sin interacción suelo-estructura

Con interacción suelo-estructura

INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO DE UN SUELO FLEXIBLE EN EL DISE/Í/0 ESTRUCTURAL DE UN CENTRO COMERCIAL DE GUA TRO NIVELES BACH. TAPIA HUARCAYA ROGER