A Structural Design Comparison Between Two Reinforced Concrete Regular 6-Level Buildings using Soil-Structure Interaction in Linear Range

Comparación de diseño estructural entre dos edificios regulares de hormigón armado de 6 niveles utilizando la interacción suelo-estructura en rango lineal

Los ingenieros estructurales suelen diseñar las superestructuras como fijas en la base y transmiten las reacciones a la infraestructura para diseñar el sistema de cimentación y estimar el desplazamiento del suelo sin tener en cuenta el cambio en la respuesta sísmica que esto induce. En este artículo se ha transformado el sistema de cimentación en muelles equivalentes, y se ha comparado y cuantificado la respuesta sísmica en el rango lineal, obteniéndose resultados como el aumento de los periodos, el aumento de las cantidades de armadura de acero en vigas (entre el 7% y el 25%) y pilares (entre el 29% y el 39%), el aumento del número de estribos por metro lineal (entre el 3% y el 11% en pilares y entre el 5% y el 45% en vigas) y de las derivas (entre el 1% y el 14%), y la disminución del cortante basal (hasta el 20%), lo que afecta directamente al diseño de la estructura. Este estudio concluye que la inclusión de la interacción suelo-estructura es necesaria para el diseño estructural en el rango lineal.

INTRODUCCIÓN

La ingeniería estructural siempre busca la mejor manera de representar una estructura real en un modelo matemático para obtener la mejor aproximación a la realidad. La interacción suelo-estructura es una de las muchas formas de acercarse al comportamiento de una estructura real. Hay muchas formas de representar esta relación: puede ser estática o dinámica, lineal o no lineal, y las posibles combinaciones entre ellas ( Zeevaert, 1980 ; Mejía-Bermejo, 2017 ; Hernández-Velasco, 2013 ; Galicia y León, 2007 ; Villareal, G. 2009). Para representar los desplazamientos del suelo y de la subestructura es necesario calcular el sistema de cimentación, para sustituirlo por resortes equivalentes utilizando los conceptos de rigidez rotacional y traslacional ( Uribe-Escamilla, 2000 ; Weaver y Gere, 1990 ; López et al., 2019 ), los cuales expresan que un elemento estructural se puede representar a través de sus coeficientes de rigidez rotacional y traslacional, como se muestra en las Ecuaciones (1) y ( 2 ).

​$F=K_{T}d$     (1)

$F=K_R\theta$     (2)

​donde F es la fuerza aplicada sobre un elemento estructural; K _T es la constante de rigidez traslacional del elemento; d es el desplazamiento en la dirección de la fuerza; M es el momento de torsión o flexión aplicado sobre el elemento estructural; K R es la constante de rigidez rotacional del elemento; y θ es la rotación en la dirección del momento.