Estudio de metodologías para incorporar el efecto de la interacción suelo-estructura en el diseño sísmico de edificios en base a muros de hormigón armado en Chile

Abstract

El diseño convencional de edificios en base a muros de hormigón armado en Chile se ha basado históricamente en la premisa de una base de fundación rígida con respecto al suelo de fundación. Esta simplificación ha demostrado ser funcional para la mayoría de los casos con suelos competentes y estructuras simples, pero está lejos de representar el comportamiento real de la interfaz suelo-fundación para suelos de menores características geotécnicas, los cuales presentan un grado de flexibilidad importante que puede incidir, por lo general, en un impacto positivo en el rendimiento sísmico. Lo anterior da paso al estudio del fenómeno conocido como interacción suelo-estructura, que representa los cambios que produce la flexibilidad del suelo en el comportamiento general de la estructura, tales como el alargamiento del período fundamental, cambios en las fuerzas de diseño y cambios en los desplazamientos, derivas y giros por piso.

Inicialmente, se estudian las normativas y casos disponibles en la literatura, para definir posibles metodologías a seguir en el contexto chileno. Dado el nivel de detalle de casos y procedimientos, se opta por seguir la normativa estadounidense, principalmente representada con las normativas NIST GCR 12-917-21, ASCE 7-16 y ASCE 41-17, y por la guía FEMA P-2091-20, en desmedro de otras normativas estudiadas que no poseen tal nivel, tales como el Eurocódigo o la norma japonesa.

Posteriormente, se definen dos casos de estudio que preliminarmente son propensos a sufrir cambios con la aplicación de la SSI. Estos casos son estudiados mediante análisis del tipo modal espectral y pushover para diversas configuraciones, incluyendo un análisis de sensibilidad de la flexibilidad del suelo, modelada mediante resortes, tomando en cuenta ambos tipos de interacción (inercial y cinemática). Los análisis son realizados en el software de elementos finitos ETABS.

Los resultados obtenidos reflejan una influencia significativa de los efectos de SSI para el primer caso de estudio, mientras que una muy baja para el segundo caso, principalmente debido a las características del suelo de fundación y, en menor medida, de la propia estructuración y dimensiones de cada edificio. No obstante a lo anterior, preliminarmente se observa una buena adaptación del análisis de SSI para edificios chilenos en base a MHA. El estudio concluye con el planteamiento de breves metodologías que pueden incluirse en normativas nacionales para añadir el efecto de la interacción suelo-estructura.