Análisis comparativo de metodologías para la interacción suelo-estructura en una edificación de 8 niveles en el distrito de Pimentel-Chiclayo

Abstract

En la presente investigación se llevó a cabo un análisis comparativo entre diversas metodologías de la interacción suelo estructura en una edificación de ocho niveles. Por lo cual como objetivos se tuvo: describir las características físicas y mecánicas del suelo donde se realizara la edificación mediante ensayos de laboratorio, diseñar la cimentación de la edificación aplicando las metodologías de ISE frente a un diseño con apoyo convencional, aplicar la metodología Winkler, implementar la metodología de D.D. Barkan – O.A. Savinov, utilizar el método de elementos finitos mediante el software Abaqus, desarrollar la metodología Norma Rusa SNIP 2.02.05-87 y realizar la metodología ASCE/SEI 41-17 para analizar la ISE, evaluar el comportamiento sísmico estático y dinámico de la edificación utilizando las metodologías a comparar y realizar un análisis comparativo a partir de los resultados por cada metodología para determinar cuál es más conservadora y cual es más crítica. La investigación realizada es de tipo prospectiva y cuantitativa, con un nivel explicativo y diseño no experimental. Se tuvo como población todas las viviendas multifamiliares de 8 pisos ubicadas en el distrito de Pimentel, tomando como muestra una futura edificación de 8 niveles que estará ubicada en Pimentel. Las metodologías se desarrollaron mediante fórmulas teóricas para determinar los coeficientes de rigidez y se realizaron estudios de suelo para determinar la capacidad portante. Para la comparación y el diseño de la cimentación se hicieron modelados estructurales mediante el software Etabs para cada metodología y el modelo empotrado además del programa Abaqus para el análisis por elementos finitos. Los resultados indicaron que del análisis comparativo realizado entre diferentes metodologías de ISE, se encontró que el modelo Winkler fue el más crítico ya que mostró un aumento del 36.42% en el periodo fundamental, indicando mayor flexibilidad, mientras que el ASCE presentó un incremento más moderado de 6.01%, reflejando un comportamiento más conservador. Los estudios de suelo de Pimentel mostraron una capacidad portante de 1.73 kg/cm² y un ángulo de fricción de 38.22°. En el análisis sísmico, el ASCE presentó una reducción del 5.25% en la cortante basal en X y un aumento de 26.31% en desplazamientos en Y, mientras que el Winkler mostró una reducción de 36.53% en cortantes y un aumento de 42% en desplazamientos, mientras que en derivas todos los métodos estuvieron por debajo de los límites permitidos a excepción de Winkler que sobrepaso este límite. Para las fuerzas internas el ASCE aumentó un 8.19% en la fuerza axial, mientras que Winkler mostró una disminución del 25.30%.

In this research, a comparative analysis was conducted between various soil-structure interaction (SSI) methodologies in an eight-story building. The objectives were: to describe the physical and mechanical characteristics of the soil where the building will be constructed through laboratory tests; to design the foundation of the building applying SSI methodologies against a conventional support design; to apply the Winkler methodology; to implement the D.D. Barkan – O.A. Savinov methodology; to use the finite element method through Abaqus software; to develop the Norma Rusa SNIP 2.02.05-87 methodology; and to apply the ASCE/SEI 41-17 methodology to analyze SSI. Additionally, the study aimed to evaluate the building’s static and dynamic seismic behavior using the methodologies being compared and perform a comparative analysis of the results for each methodology to determine which is more conservative and which is more critical. The research was prospective and quantitative, with an explanatory level and a non-experimental design. The population included all eight-story multifamily buildings in the Pimentel district, with a sample taken from a future eight-story building to be located in Pimentel. The methodologies were developed using theoretical formulas to determine stiffness coefficients, and soil studies were conducted to determine the bearing capacity. Structural models were created using Etabs software for each methodology and the fixed-base model, as well as Abaqus software for finite element analysis. The results indicated that, from the comparative analysis of different SSI methodologies, the Winkler model was the most critical, showing a 36.42% increase in the fundamental period, indicating higher flexibility, while the ASCE showed a more moderate increase of 6.01%, reflecting a more conservative behavior. The soil studies in Pimentel showed a bearing capacity of 1.73 kg/cm² and a friction angle of 38.22°. In the seismic analysis, ASCE showed a 5.25% reduction in basal shear in X and a 26.31% increase in Y displacements, while Winkler showed a 36.53% reduction in shears and a 42% increase in displacements. Regarding drifts, all methods were within the allowable limits except for Winkler, which exceeded this limit. For internal forces, ASCE showed an 8.19% increase in axial force, while Winkler showed a 25.30% decrease.