Diseño estructural de edificio considerando la interacción dinámica suelo-estructura

Abstract

La interacción suelo estructura consiste en un conjunto de efectos cinemáticas e inerciales, producidos en la cimentación bajo los movimientos y fuerzas inducidas durante un sismo, debido a la deformabílidad (flexibilidad) del suelo donde reposa o está dentro del subsuelo. Estos efectos modifican la respuesta de una construcción, alargando los periodos de vibración naturales de la estructura así como disminuyendo su frecuencia, por efectos del llamado cabeceo, giro y desplazamiento de la cimentación en el primer caso, y por la radiación de ondas desde la cimentación, en el segundo; por lo tanto se puede afirmar que hay un flujo de energía desde el suelo a la estructura y viceversa. En un modelo de suelo rígido, la energía recibida por la estructura solo puede ser disipada por mecanismos de amortiguamiento interno tales como deformaciones plásticas, amortiguamiento viscoso, energía de fractura, etc. En cambio para suelos de fundación flexible parte de la energía es retornada hacia el suelo irradiando hacia fuera del sistema, dando lugar a una distribución de esfuerzos resistentes en los elementos de la estructura que podrían aumentar o disminuir según el balance energético en que está sometida. La interacción está íntimamente relacionado con el diseño: el diseño de una cimentación influye en la magnitud de las fuerzas inducidas en la estructura y, a su vez, estas fuerzas influyen en el diseño del sistema estructural. Este principio que es aplicable a la estructura en su totalidad. En el estudio entonces es lograr que el suelo de fundación interactúe de manera conjunta con la estructura, que nos permite obtener resultados que describen eí verdadero comportamiento de éste frente a un evento sísmico, mediante la utilización de los parámetros que nos brinda el estudio de mecánica de suelos y que muchas veces algunos de ellos no se toman en cuenta en un modelamiento con empotramiento perfecto en la base de cimentación y que no considera interacción. Se eligió el modelo dinámico de la Norma Rusa, que considera la flexibilidad y propiedades inerciales del suelo de fundación, cuya aplicación se realiza con el programa Sap 2000 v14 al edificio “La Sede del Distrito Judicial de Ayacucho Ministerio Público - Fiscalía de la Nación“. Por medio del presente análisis en la modelación respecto al empotramiento perfecto del edificio se tienen resultados como: el incremento de los periodos de vibración, incremento de los desplazamientos máximos de los diferentes niveles de entrepiso respecto a los ejes globales OX y OY, disminución de fuerzas axiales máximas, aumento y disminución de forma favorable de las fuerzas cortantes y momentos flectores en los diferentes elementos que componen la estructura. Por tanto el diseño de estructura en general está basado en un delicado balance entre resistencia y capacidad de deformación de una estructura, comportándose en el rango elástico lineal.