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ISSN electrónica 2697-3243
Revista INGENIO N.º 1 vol. 3 (2020)
Influencia de la interacción suelo estructura (ISE) de cimentaciones
superficiales en suelos no cohesivos en el comportamiento
estructural de una edificación de 8 pisos y un subsuelo
Influence of The Soil Structure Iteraction (Ise) on Surface Foundations and Cohesive Soils In The
Structural Behavior of an Eight-Story Basement Building
Morales L.
1
; Espinosa A.
2
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática. Quito, Ecuador
e-mail: lwmorales@uce.edu.ec
2 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental. Quito,
Ecuador
e-mail: alejandrostead@hotmail.com
Información del artículo
Recibido: febrero 2020
Aceptado: marzo 2020
RESUMEN
Se comparan periodos de vibración y derivas de pisos obtenidos de modelos tradicionales con base rí-
gida (empotramiento perfecto), y otros, donde el suelo se representa con funciones de impedancia y,
directamente mediante elementos finitos no lineales (método directo). Se usa como proyecto base una
edificación de ocho niveles y un subsuelo, que interactúa con un suelo no cohesivo blando. Para las cargas
sísmicas se consideraron: el espectro de la Norma Ecuatoriana de la Construcción y el de sitio, que co-
rresponde de acuerdo con la ubicación del proyecto, al generado por el segmento de la falla de Quito de-
nominado Puengasí. Adicionalmente, se usan historias en el tiempo escaladas de acuerdo con el espectro
de sitio. El comportamiento no lineal de la estructura se logra por medio de rótulas plásticas. Se observa
que el modelo que incluye interacción mediante funciones de impedancia varía hasta un 45% respecto al
de base rígida, sin embargo, da resultados conservadores respecto al método directo.
Palabras clave: interacción suelo estructura, espectro de respuesta, periodo de vibración de la estructura y
derivas de piso.
ABSTRACT
Vibration periods and floor drifts are obtained from traditional models with a rigid base (perfect embed-
ment), and others, where the floor is represented with impedance functions and, directly by finite non-li-
near elements (direct method). An eight-level building and a subsoil is used as the base project, which
interacts with a soft non-cohesive soil. For the seismic loads were considered: the spectrum of the Ecua-
dorian Standard of Construction and the site, which corresponds according to the location of the project,
to the one generated by the segment of the Quito fault called Puengasí. Additionally, time-scaled stories
are used according to the site spectrum. The non-linear behavior of the structure is achieved by means
of plastic ball joints. It is observed that the model that includes interaction through impedance functions
varies up to 45% with respect to the rigid one, however, it gives conservative results with respect to the
direct method.
Keywords: soil structure soil, response spectrum, period of structure vibration and story drifts.
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ISSN impresa 2588-0829
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
1. Introducción
Para el diseño estructural de edificaciones se em-
plean apoyos de base rígida, el cual presenta una
rigidez infinita provocando una reducción de los
movimientos de entrada de un terremoto, que se
traduce en periodos de vibraciones de la estruc-
tura menores a los reales. La interacción suelo es-
tructura (ISE) por otro lado considera un apoyo
flexible, que genera movimientos de entrada más
reales.
Modelar a la cimentación como empotramiento
perfecto es una simplificación de la ISE y consi-
dera que el suelo es rígido. Un suelo es rígido de-
pendiendo del valor Vs30 (velocidades de ondas
de corte a 30m de profundidad) y la clasificación
propuesta por [1] es empleada por muchos códi-
gos de sismo resistencia.
Tabla 1. Clasificación de perfiles de suelos
Tipo
Descripción
A
Roca rígida
B
Roca de rigidez media
C
Suelos muy densos o roca
D
Suelos rígidos
E
Arcillas blandas
F
Suelos especiales
En suelos blandos y especiales conlleva un error
el modelar a la cimentación como empotramien-
to perfecto, todo esto debido a que los valores del
módulo cortante máximo y secante (Gmax y Gsec)
son pequeños. Una manera fácil de estimarlos es
mediante la siguiente ecuación:
Donde:
Gmax : Módulo de corte máximo
ρ : Densidades del suelo
Vs : Velocidad de ondas de corte
G/Gmax puede estimarse de igual manera en fun-
ción de la clasificación del perfil de suelos [2].
Tabla 2. Tabla de Módulo cortante efectivo G/Gmax
Pico de aceleraciones efectivas PGA (a)
Tipo
PGA=0
PGA=0.1
PGA=0.4
PGA=0.8
A
B
C
D
E
F
1
1
1
1
1
(b)
1
1
0.95
0.9
0.6
(b)
1
0.95
0.75
0.5
0.05
(b)
1
0.9
0.6
0.1
(b)
(b)
(a) Use interpolación lineal para valores inter-
medios de PGA.
(b) Se realizarán investigaciones geotécnicas es-
pecíficas del sitio y análisis dinámicos.
Gmax y Gsec se obtienen directamente de ensayos
cíclicos de suelos como triaxiales, ensayos de corte
directo, ensayos de corte torsional y columna re-
sonante.
Figura 1. Curva histéresis del suelo
1.1 Método de la subestructura - Modelo B
El método de la subestructura se basa en represen-
tar a la cimentación como un apoyo rígido o por
medio de resortes.
El análisis con resortes emplea las funciones de
impedancia a partir Pais-Kausel [2]: