Evaluación de interacción dinámica suelo estructura de edificaciones construidas en ladera

Abstract

Resumen: Empleando la metodología de diseño de experimentos, se evalúa la Interacción Dinámica Suelo Estructura (IDSE) de edificaciones construidas en ladera, considerando un modelo no lineal del suelo y elastoplastico para las estructuras, en un espacio bidimensional por medio del software de elementos finitos PLAXIS 2010, donde se analiza la interacción de los factores: Contenido frecuencial del sismo(Tm), velocidad de onda de corte promedio del estrato de suelo(Vs), ángulo de inclinación de la ladera(α), periodo característico de la estructura (Te) y la posición de los edificios en el desarrollo de la ladera(Pi). Se evaluaron dos variables respuesta de los edificios construidos en ladera, la primera consistente en la relación de la cortante basal obtenida para cada edificio en ladera (VL), con su respectiva cortante basal obtenida en condiciones topográficas planas (VP), la segunda es relación del desplazamiento máximo experimentado en el techo de los edificios localizados en la ladera (dL), con su respectivo desplazamiento obtenido en condiciones topográficas planas (dP). La amenaza sísmica a nivel de roca se expresó en términos del espectro de amenaza uniforme obtenido para Medellín durante el estudio para la Microzonificación Sísmica del Área Metropolitana. Como los análisis necesitaban acelerogramas se utilizaron señales que representen sismos provenientes de las principales fuentes sismogénicas: sismo de foco cercano, intermedio y lejano, escalados de tal manera representen el contenido frecuencial dentro el espectro de amenaza uniforme (EAU). Para los suelos tres velocidades promedio de onda de cortante de los estratos de suelo, 154, 300 y 470m/s, en los taludes tres inclinaciones del ángulo de la ladera 10, 20 y 30 grados, tres edificaciones de 5, 10 y 15 niveles y cuatro posiciones de la edificación en la ladera, correspondiente a un 25%, 50%, 75% y 100% del desarrollo de estas. Algunos análisis preliminares fueron llevados a cabo para caracterizar el comportamiento de los edificios en condiciones topográficas planas y las laderas sin edificios, para poder obtener referentes de comparación en la modificación de la respuesta dinámica de las estructuras. Se destaca de los resultados una disminución en la cortante basal experimentada por las edificaciones al incrementarse la inclinación de las laderas y al disminuirse la rigidez del perfil geotécnico, pero obteniéndose paradójicamente en estas condiciones mayores desplazamientos en el techo de la estructuras, lo cual se atribuye a un efecto rotacional en la IDSE.

Abstract: Using the methodology of design of experiments, the Soil Structure Dynamic Interaction (SSDI) of buildings constructed on slopes is evaluated, considering a non-linear and elastocplastic model for the soil and the structures, respectively. For the evaluation, it was also considered, a two-dimensional space using the finite element modeling (FEM) software PLAXIS 2010, in which the interaction of the following factors is analyzed:frequency content of the earthquake (Tm) , average wave velocity of the soil layer (Vs), angle of the slope (α) , characteristic period of the structure (Te) and the location of the buildings in the development of the slope (Pi) . Two variables for the response of the buildings constructed onslopes were evaluated; the first regarding on the ratio of the base shear obtained for each building located on the slope (VL), with their respective basal shear obtained in a flat topography condition (VP) .The second is related to the relationship between the maximum displacement obtained on the buildings ceilings located on the slope (dL) and their respective displacement obtained in a flat topography condition (dP). The seismic hazard for rock conditions it was expressed in terms of the uniform hazard spectra (UHS) obtained for the Medellin city during the study of the Seismic Microzonation of the Aburra Valley and the Metropolitan Area. Considering the fact that the analyzes needed the elaboration of accelerograms, signals were used in order to represent the main seismic sources: short, medium and long earthquakes. These were scaled to represent the frecuency content inside uniform hazard spectra (UHS). For the soils three average soil shear wave velocities were considered, 154 , 300 and 470m/s, for three different slope angles, 10 , 20 and 30 degrees, and four different positions fot the buildings corresponding to 25%, 50 % , 75% and 100 % of their development. Some preliminary analyzes were conducted to characterize the performance of the buildings on a flat topography condition, as well as for the slopes without buildings. The latter in order to obtain results concerning the modification of the dynamic response of the structures. It is highlighted from the results obtained that a decrease on the buildings basal shear is achieved when the slope angle is increased and the soil stiffness is decreased. Nevertheless, when the last conditions were obtained, the displacements of the building ceilings were higher, which is attributed to a rotational effect in the SSDI.