Influencia del modelo de interacción suelo-estructura en el comportamiento de pórticos planos de acero de varios pisos con cimentaciones de zapatas superficiales
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v12i1.39320Palabras clave:
Análisis de segundo orden; Interacción suelo-estructura (ISE); Elementos de resorte; Medio continuo; Medio continuo.Resumen
Tradicionalmente, el análisis estructural se basa en la hipótesis de que los soportes son indesplazables por su simplicidad. Sin embargo, el diseño convencional en el que se desprecian los asentamientos de los elementos de cimentación puede dar lugar a resultados físicos incompatibles con la realidad. Este trabajo tiene como objetivo analizar la influencia de la consideración de la interacción suelo-estructura (ISE) en las respuestas de los elementos estructurales de acero, obtenidas mediante un análisis estático de segundo orden. Además, se evalúan las respuestas obtenidas por diferentes tipos de procedimientos para la consideración de la rigidez del suelo en el análisis estructural. Se emplean elementos sólidos considerando parámetros de materiales linealmente elásticos y elementos resorte basados en la teoría de Winkler. Se analizaron modelos de pórticos planos de acero con cimentaciones superficiales utilizando el software comercial SAP2000, ya sea considerando soportes convencionales o teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura. Se consideran cimientos de zapatas poco profundas. Se analizaron tres pórticos con las mismas características, pero con diferente número de pisos, mostrando la influencia del aumento de altura y la rigidez del edificio en los resultados. Se ha demostrado que la consideración de los efectos de la interacción suelo-estructura en el análisis estructural de edificios puede tener una influencia significativa en la distribución de tensiones, desplazamientos y comportamiento estructural. Además, se concluye que la capacidad estructural de los pórticos de acero puede verse afectada por el tipo de soporte adoptado y por cambios en la forma en que el modelo considera la deformación del suelo.
Citas
Ada, M., & Ayvaz, Y. (2019). The Structure-Soil-Structure Interaction Effects on the Response of the Neighbouring Frame Structures. Latin American Journal of Solids and Structures, 16(8). https://doi.org/10.1590/1679-78255762
Almeida, V. S., & de Paiva, J. B. (2004). A mixed BEM–FEM formulation for layered soil–superstructure interaction. Engineering Analysis with Boundary Elements, 28(9), 1111–1121.
Almeida, V. S., Ribeiro, D. B., & Paiva, J. B. (2011). Investigação de diferentes modelos de elementos de contorno e elementos finitos para a análise eficiente de problemas de interação solo-estrutura. XXXII Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering (XXXII CILAMCE).
Barkan, D. D. (1962). Dynamics of bases and foundations. McGraw-Hill Companies.
Bowles, J. E. (1988). Foundation analysis and design. McGraw-Hill International Editions.
Chen, W.-K. (2018). Stability Design of Steel Frames. CRC Press.
Chore, H. S., & Ingle, R. K. (2001). Interactive analysis of building frame supported on pile group using a simplified FE model. J. Struct. Eng. (JoSE), 460–464.
Chore, H. S., & Ingle, R. K. (2008). Interaction analysis of building frame supported on pile group. Indian Geotech J, 38(4), 483–501.
Chore, H. S., Ingle, R. K., & Sawant, V. A. (2009). Building frame-pile foundation-soil interactive analysis. Interaction and Multiscale Mechanics, 2(4), 397–411. https://doi.org/10.12989/imm.2009.2.4.397
Dutta, S. C., & Roy, R. (2002). A critical review on idealization and modeling for interaction among soil–foundation–structure system. Computers & Structures, 80(20–21), 1579–1594.
Farouk, H., & Farouk, M. (2016). Soil, Foundation, and Superstructure Interaction for Plane Two-Bay Frames. International Journal of Geomechanics, 16(1), B4014003. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000453
Fuchs, A. W., & de Assis, A. R. M. G. (2017). Procedimentos numéricos para a consideração da interação solo-estrutura aplicados na resolução de pórticos planos. Ignis: Periódico Científico de Arquitetura e Urbanismo, Engenharias e Tecnologia Da Informação, 6–26.
Garg, V., & Hora, M. S. (2012). A review on interaction behaviour of structure-foundation-soil system. International Journal of Engineering Research and Applications, 2(6).
Guimarães, R. M., Souza, A. S. C., & de Nardin, S. (2018). Efeitos da interação solo-estrutura em edifícios de aço sobre fundação superficial. Revista Da Estrutura de Aço, 7(3).
Guimarães, R. M., Souza, A. S. C., & de Nardin, S. (2020). Efeitos da interação solo-estrutura em edifícios sobre fundação profunda. Revista Da Estrutura de Aço, 9, 182 – 201.
Kia Darbandsari, S., & Hojatkashani, A. (2018). A critical review on structure-soil-structure interaction. Journal of Structural Engineering and Geo-Techniques, 8(2), 57–68.
Kurian, N. P., & Manojkumar, N. G. (2001). A new continuous model for soil–structure interaction. J Struct Eng, 27(4), 269–276.
Marques, O. C., Feitosa, L. A., Bicalho, K. V., & Alves, E. C. (2021). Analysis of constructive effect and soil-structure interaction in tall building projects with shallow foundations on sandy soils. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 14(1). https://doi.org/10.1590/s1983-41952021000100003
Mitropoulou, C. C., Kostopanagiotis, C., Kopanos, M., Ioakim, D., & Lagaros, N. D. (2016). Influence of soil–structure interaction on fragility assessment of building structures. Structures, 6, 85–98. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2016.02.005
Moraes, M. da C. (1976). Estruturas de fundações. McGraw-Hill do Brasil.
Nikolaou, K. D., Georgiadis, K., & Bisbos, C. D. (2016). Lower bound limit analysis of 2D steel frames with foundation–structure interaction. Engineering Structures, 118, 41–54. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.03.037
Pavan, R. C., Costella, M. F., & Guarnieri, G. (2014). Soil-structure interaction for frame structures on shallow foundations. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 7, 273–285.
Perloff, W. H. (1975). Pressure distribution and settlement. In H. Winterkorn, H. and Fang (Ed.), Foundation Engineering Handbook. New York, USA: Van Nostrand Reinhold.
Ritter, M. G., Menegotto, M. L., Costella, M. F., Pavan, R. C., & Pilz, S. E. (2020). Analysis of soil-structure interaction in buildings with deep foundation. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 13, 248–273. https://doi.org/https://doi.org/10.1590/S1983-41952020000200005
Saha, R., Dutta, S. C., Haldar, S., & Kumar, S. (2020). Effect of soil-pile raft-structure interaction on elastic and inelastic seismic behaviour. Structures, 26, 378–395.
Shoaei, M. D., Huat, B. B. K., Jaafar, M. S., & Alkarni, A. (2015). Soil-framed structure interaction analysis-a new interface element. Latin American Journal of Solids and Structures, 12(2), 226–249.
Silva, R. G. L. da, Lavall, A. C. C., Costa, R. S., & Viana, H. F. (2018). Formulation for second-order inelastic analysis of steel frames including shear deformation effect. Journal of Constructional Steel Research, 151, 216–227. https://doi.org/10.1016/J.JCSR.2018.09.011
Swamy, H. M. R., Krishnamoorthy, A., Prabakhara, D. L., & Bhavikatti, S. S. (2011). Evaluation of the influence of interface elements for structure - isolated footing - soil interaction analysis. Interaction and Multiscale Mechanics, 4(1), 65–83. https://doi.org/10.12989/imm.2011.4.1.065
Teixeira, A., & Godoy, N. (1996). Análise, Projeto e Execução de Fundações Rasas. In Fundações: Teoria e Prática (2nd ed.).
Venanzi, I., Salciarini, D., & Tamagnini, C. (2014). The effect of soil–foundation–structure interaction on the wind-induced response of tall buildings. Engineering Structures, 79, 117–130.
Viana, H. F., da Silva, R. G. L., Costa, R. S., & Lavall, A. C. C. (2020). Formulation for nonlinear dynamic analysis of steel frames considering the plastic zone method. Engineering Structures, 223, 111197. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111197
Yesane, P. M., Ghugal, Y. M., & Wankhade, R. L. (2016). Study on soil-structure interaction: a review. International Journal of Engineering Research Volume, 5, 737–741.
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