Estudio de la influencia de las funciones de impedancia en la interacción suelo-estructura para edificaciones de acero en suelos intermedios de la ciudad de Ambato - Ecuador
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Date
2025
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Abstract
Conventional building design is commonly carried out under the assumption that the
structure is fixed at its base and the foundation is rigid. However, soil-structure
interaction (SSI) can significantly influence the seismic performance of buildings and,
consequently, their design. The objective of this research was to evaluate the extent to
which SSI affects interstory drifts through the implementation of impedance functions.
This analysis depends on various factors such as building height, foundation depth,
effective average shear wave velocity (Vs), and the fundamental vibration period of the
structure. It is well understood that a structure founded on an intermediate soil (with
Vs less than 360 m/s) responds differently under dynamic seismic excitation compared
to one on an infinitely rigid base. Therefore, it becomes necessary to analyze such
structures considering flexible foundations by implementing soil springs and damping
effects
In the development of this study, the influence of SSI on interstory drifts was assessed
using parameters provided by FEMA P-2091, ASCE 7-16, the seismic microzonation
of Ambato, an in-situ geotechnical investigation, a soft soil stratum as a reference
example, and a mathematical model.
The results showed that, for this particular case, there was no significant difference in
interstory drifts between Model 1 (structure with a fixed-base assumption) and Model
2 (structure with a flexible-base on the actual site). However, a notable difference was
observed in the model incorporating a soft soil layer with a flexible base, which
exhibited changes in both the vibration period and interstory drifts of the structure.
It was concluded that, in this case, SSI did not play a significant role for the structure
built over soil with Vs greater than 360 m/s. Thus, designing based on a fully fixedbase assumption is a practical, efficient, and economical approach, especially
considering that site-specific parameters are also included when determining the
seismic loading on the structure. Conversely, for soil strata with Vs values between 180
and 360 m/s, the study showed that such assumptions lead to underestimations inxvii
interstory drifts, seismic demands, and structural periods. Therefore, it is recommended
that structural engineering efforts incorporate seismic refraction studies across various
zones of the city to enhance design efficiency, particularly in areas with artificial fill
or soils susceptible to liquefaction.
Description
El diseño de edificios convencional, se realiza comúnmente basándose en supuestos de
que la estructura está fijada al suelo y su base es rígida, es así que la interacción suelo
estructura puede marcar una diferencia en cómo se comportan los edificios durante un
terremoto y en consecuencia en cómo se diseñan, el objetivo de la presente
investigación fue determinar qué tanta influencia tiene la interacción suelo estructura
sobre las derivas de piso a través de la implementación de las funciones de impedancia,
todo esto dependiente de la altura de la edificación, profundidad del cimiento,
velocidad de onda de corte promedio efectiva, y periodo de vibración de la estructura,
entendiendo que la respuesta de una estructura emplazada sobre un suelo intermedio
(Vs menor a 360m/s), es diferente a como si se tratara de un suelo infinitamente rígido,
ante la solicitación dinámica de un sismo, por lo tanto, es necesario el análisis de este
tipo de estructuras sobre cimentaciones flexibles, mediante la implementación de
resortes elásticos y efectos de amortiguamiento del suelo.
En el desarrollo del proyecto se analizó si existe aumento de derivas de piso
implementando la ISE basándose en los parámetros de la guía de la FEMA P 2091,
ASCE 7-16, la microzonificación sísmica de Ambato, un ensayo de suelos realizado en
el sitio de estudio de la estructura, un estrato blando a manera de ejemplo y un modelo
matemático.
Como resultado de esta situación en particular no existió una gran diferencia entre las
derivas de piso del modelo 1 estructura de base empotrada, y el modelo 2 en sitio, con
la incorporación de una base flexible, pero si con el modelo de estrato blando con base
flexible, evidenciando un cambio en el periodo de vibración de la estructura, y también
las derivas de piso.xv
Finalmente se concluyó que en este caso la ISE(Interacción Suelo Estructura) no tomó
un papel significante en la estructura con una Vs mayor a 360m/s, y que el diseño a
través de la consideración totalmente empotrada es un método que se acerca mucho a
la realidad, tomando en consideración que los parámetros del emplazamiento, también
se consideran para el incremento de la carga sísmica actuante en la edificación,
convirtiendo el método en una opción eficiente, practica y económica, mientras que
por otro para un estrato con una Vs entre 180 y 360m/s se evidencio que existe una
subestimación, en cuanto a derivas, cargas y periodo de vibración, concluyendo que la
ingeniería estructural debería avanzar en los estudios de refracción sísmica de los
diferentes sectores en la ciudad, para poder mejorar la eficiencia de los diseños, sobre
todo en rellenos, y suelos propensos a la licuefacción.
Keywords
DERIVAS DE PISO, FEMA P2091, FLEXIBILIDAD, INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA, RESORTES, VELOCIDAD DE ONDA DE CORTE.