Influencia de la interacción dinámica suelo - estructura en losas de cimentación de edificaciones mediante la aplicación del método de diferencias finitas

Abstract

La interacción dinámica suelo-estructura (IDSE) en el análisis y diseño sísmico ha sido y continúa siendo postergada por los diseñadores geotécnicos y estructurales, principalmente porque esta práctica no es del todo representativa en suelos relativamente firmes, debido a que en el análisis estructural se considera un empotramiento perfecto en la base de fundación y por ende indeformable (premisa no cierta) con masas y rigideces concentradas en cada nivel. Por tal motivo, es recomendable desarrollar análisis IDSE cuando se diseñen estructuras que se cimentarán en suelos blandos o muy blandos. Debido a lo relevante del tema, se puede afirmar que la evaluación de la interacción entre la subestructura y el suelo, consistirá en encontrar un sistema de reacciones, que, aplicadas simultáneamente a la estructura de cimentación y a la masa del suelo, produzcan la misma configuración de desplazamientos diferenciales entre los dos elementos. Para lograr lo anterior, será necesario basarse, por un lado, en las leyes físicas que rigen el comportamiento de la masa del suelo, y por el otro, en los procedimientos nominales de cálculo estructural en la determinación de fuerzas y deformaciones, tomando en cuenta las propiedades mecánicas del material en donde se construirá la estructura de cimentación. Problemática que dio lugar al desarrollo del presente trabajo de investigación, el cual se basa, en determinar la influencia de la IDSE en el comportamiento de losas de cimentación mediante la aplicación del método de diferencias finitas, para tal fin, se emplearon los modelos de interacción de Winkler y de Zeevaert (en función de las características geomecánicas de suelos arcillosos y arenosos), y mediante la utilización de los softwares Intersl y Matlab se obtuvieron las presiones de contacto y las deformaciones en el plano de unión entre el terreno y la losa de fundación. Así mismo, para contrastar los resultados obtenidos se utilizó el software ISE2007, herramienta analítica que desarrolla el modelo de suelo para la interacción suelo-estructura en tres dimensiones, el cual, utiliza el método numérico de los elementos finitos y complementa su accionar con el software SAP2000 para realizar el análisis de la superestructura, cimentación y suelo de fundación.

The dynamic soil-structure interaction (IDSE) in seismic analysis and design has been and continues to be postponed by geotechnical and structural designers, mainly because this practice is not entirely representative in relatively firm soils, since in structural analysis it is considers a perfect embedment in the foundation base and therefore undeformable (premise not true) with masses and rigidities concentrated on each level. For this reason, it is recommended to develop IDSE analyzes when designing structures that will be grounded in soft or very soft soils. Due to the relevance of the topic, it can be affirmed that the evaluation of the interaction between the substructure and the soil will consist of finding a system of reactions that, applied simultaneously to the foundation structure and the mass of the soil, produce the same configuration. of differential displacements between the two elements. To achieve this, it will be necessary to rely, on the one hand, on the physical laws that govern the behavior of the soil mass, and on the other hand, in the nominal procedures of structural calculation in the determination of forces and deformations, taking into account the mechanical properties of the material where the foundation structure will be built. Problems that gave rise to the development of this research work, which is based on determining the influence of IDSE on the behavior of foundation slabs by applying the finite difference method, for this purpose, interaction models were used of Winkler and Zeevaert (depending on the geomechanical characteristics of clay and sandy soils), and using the Intersl and Matlab softwares, the contact pressures and the deformations in the plane of union between the ground and the slab were obtained of foundation. Likewise, to contrast the results obtained, the ISE2007 software was used, an analytical tool that develops the soil model for soil-structure interaction in three dimensions, which uses the numerical method of finite elements and complements its actions with the software. SAP2000 to perform the analysis of the superstructure, foundation and foundation soil.