Análisis de la aislación sísmica geotécnica e interacción suelo – estructura basada en suelos deformables. Estudio de una mezcla de arena, caucho y gravilla

Abstract

La amenaza sísmica representa un riesgo significativo para estructuras de todos los tamaños, lo que hace crucial la implementación de estrategias de protección adecuadas. Sin embargo, el elevado costo de los aisladores sísmicos convencionales limita su aplicación en edificaciones de menor tamaño, donde su viabilidad económica se ve comprometida. Ante esta problemática, surge la motivación de investigar métodos alternativos de aislación sísmica de bajo costo, que permitan mejorar la seguridad estructural sin incurrir en gastos excesivos, facilitando así su adopción en un rango más amplio de construcciones. Esta investigación tiene como objetivo determinar la proporción ideal de materiales en una mezcla GSI para lograr la aislación sísmica de una estructura sin comprometer su estabilidad. Para ello, se realizaron ensayos de corte directo en seis mezclas con distintos porcentajes de arena, caucho y gravilla. En base a parámetros de deformación y estabilidad, se seleccionó la muestra con mejores propiedades de aislación y se realizó un ensayo triaxial cíclico para determinar las propiedades dinámicas de la muestra. Los resultados obtenidos del ensayo triaxial se emplearon para calibrar un modelo numérico en OpenSees, permitiendo evaluar las propiedades de aislación sísmica de la mezcla GSI. La simulación numérica considera un sistema completo de estructura – fundación – suelo GSI – suelo natural, proporcionando una visión integral del desempeño de la mezcla en condiciones dinámicas reales. La modelación numérica confirmó que la mezcla GSI propuesta presenta un comportamiento favorable como sistema de aislación sísmica, gracias a su capacidad de disipar energía, deformarse sin transmitir grandes aceleraciones y mantener estabilidad estructural.

The seismic threat represents a significant risk to structures of all sizes, making the implementation of appropriate protection strategies crucial. However, the high cost of conventional seismic isolators limits their application in smaller buildings, where their economic feasibility is compromised. Considering this issue, the motivation arises to investigate low-cost seismic isolation methods that improve structural safety without incurring excessive costs, thereby facilitating their adoption in a wider range of constructions. This research aims to determine the ideal proportion of materials in a GSI mixture to achieve seismic isolation of a structure without compromising its stability. For this purpose, direct shear tests are conducted on six mixtures with varying percentages of sand, rubber, and gravel. Based on deformation and stability parameters, the sample with the best isolation properties is selected, and a cyclic triaxial test is performed to determine the dynamic properties of the sample. The results obtained from the triaxial test are used to calibrate a numerical model in OpenSees, allowing the evaluation of the seismic isolation properties of the GSI mixture. The numerical simulation considers a complete system of structure – foundation – GSI soil – natural soil, providing a comprehensive view of the mixture’s performance under real dynamic conditions. The numerical modeling confirmed that the proposed GSI mixture exhibits favorable behavior as a seismic isolation system, due to its ability to dissipate energy, deform without transmitting large accelerations, and maintain structural stability.