Interacción sísmica suelo-estructura en pilotes y pilas de cimentación: caso I

José Medina

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Deep Foundations

ABSTRACT: A new matrix procedure is presented to determine soil-foundation contact reaction and lateral displacement on piles and piers in seismic conditions. The foundation is considered free to rotate at both ends. The method takes into account the compressibility of the soil, the rigidity of the foundation and the drag forces induced by the lateral displacements of the soil by seismic action. The procedure has the advantages of not being iterative, of being easily programmed and readily extended to other boundary conditions, such as other kinds of foundations -shallow and deep-, and different subsoil conditions. PRESENTACIÓN TÉCNICA Se expone un nuevo procedimiento matricial para determinar los esfuerzos de contacto y los desplazamientos horizontales en pilotes y pilas de cimentación sujetos a fuerzas sísmicas. Se considera que la pila puede girar libremente en ambos extremos. El método toma en cuenta las características de compresibilidad de la masa de suelo, la rigidez de la cimentación y las fuerzas de arrastre que actúan contra la cimentación debidas al desplazamiento horizontal de la masa de suelo durante la acción sísmica. El método presenta las ventajas de no ser iterativo, de la sencillez de su programación y su posibilidad de extenderse con facilidad a otras condiciones de frontera, otros tipos de cimentaciones -superficiales y profundas- y distintas condiciones del subsuelo de cimentación. 1 INTRODUCCIÓN Durante el evento sísmico, la masa de suelo se desplaza en dirección horizontal, si, y debido a la fuerza de inercia que ejerce la superestructura sobre la cabeza de la pila de cimentación, el desplazamiento de la pila, i, es en sentido contrario al desplazamiento sísmico de la masa de suelo y con ello, la masa de suelo empuja lateralmente a la pila de cimentación, produciéndose así importantes fuerzas cortantes y momentos flexionantes en la estructura de cimentación (Figura 1). Figura 1. Fuerzas de empuje lateral que actúan contra la cimentación durante un sismo En este trabajo se expone un procedimiento, desarrollado por el autor, para determinar la presión de contacto suelo-pila de cimentación y el desplazamiento lateral de ésta, producido durante un sismo. El método expuesto se basa en el procedimiento propuesto por Zeevaert (1980 y 1983). Se considera a la masa de suelo como un medio continuo, en donde los esfuerzos producidos por una sección de la cimentación, tienen influencia en la misma dovela en donde se aplica la carga; así como en el resto de las secciones consideradas. También se considera que es aplicable la ecuación de Mindlin (1936), obtenida a partir de la teoría de la elasticidad, para calcular el incremento en el esfuerzo horizontal producido por una carga puntual aplicada en el interior de un sólido. A continuación se expone un procedimiento matricial de interacción sísmica suelo estructura de cimentación, obtenido a partir de la compatibilidad de deformaciones que se tiene entre la estructura de cimentación y la masa de suelo. Se considera a la pila de cimentación libre de girar en ambos extremos. 2 ECUACIÓN MATRICIAL DE DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES La Figura 2 muestra una pila de cimentación sometida a una fuerza lateral P y momento M. Para el estudio de la cimentación, se ha dividido a la pila en n+2 dovelas, a las dovelas de los extremos se les ha denotado con las letras a y b; y a las intermedias La masa de suelo se ha dividido en las secciones A, B, C, D, E y F.

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