Novasinergia 2025, 8(1), 67-80. https://doi.org/10.37135/ns.01.15.05 http://novasinergia.unach.edu.ec
Artículo de Investigación
Incidencia de los suelos de Portoviejo en edificación típica considerando
interacción dinámica suelo-estructura
Incidence of Portoviejo soils in typical building considering dynamic soil-structure
interaction
Anthony Arteaga Medranda1, Julio Hernán Cevallos Centeno2
1Maestrante, Ingeniería Civil mención Estructuras, Posgrado, Universidad Técnica de Manabí, Portoviejo, Ecuador, 130104;
2Carrera de Ingeniería Civil, Universidad Técnica de Manabí, Portoviejo, Ecuador, 130104;
julio.cevallos@utm.edu.ec
*Correspondencia: larteaga4319@utm.edu.ec
Citación: Arteaga, A. &
Cevallos, J., (2025). Incidencia
de los suelos de Portoviejo en
edificación típica considerando
interacción dinámica suelo-
estructura. Novasinergia. 8(1).
67-80.
https://doi.org/10.37135/ns.01.
15.05
Recibido: 02 abril 2024
Aceptado: 19 julio 2024
Publicado: 08 enero 2025
Novasinergia
ISSN: 2631-2654
Resumen: En el Ecuador tradicionalmente los ingenieros estructurales, diseñan
las estructuras considerando bases empotradas, asumiendo rigidez infinita del
suelo, lo que es una metodología poco apegada a la realidad, debido a que el suelo
presenta deformaciones cuando es sometido a fuerzas externas, la investigación
parte de la hipótesis de que la inclusión de la interacción suelo-estructura causa
siempre la reducción de la respuesta sísmica, por lo que el estudio consideró un
edificación aporticada de hormigón armado, de forma rectangular vista en planta,
de cuatro niveles típica de unidades educativas, con la finalidad de que esta fuera
sometida a análisis tradicionales frente a análisis con características propias de
sitio, se utilizó espectros tomados de la microzonificación sísmica de Portoviejo,
específicamente de las microzonas M2, M3 y M4 siendo estas clasificadas como
suelo tipo D, frente al espectro de la NEC-15 para suelo D. Para la inclusión de los
efectos interacción suelo-estructura se desarrolló bajo las metodologías del ASCE
41 y Gazetas, logrando así determinar la influencia de la interacción suelo-
estructura, misma que es de suma importancia ya que permite la obtención de
estructuras optimizadas, debido a que acorde al tipo de suelo sobre el cual se
plantee el análisis, la demanda puede reducir como aumentar considerablemente,
es decir para sitios con mayor rigidez (Microzona M2, M3) las solicitaciones
sísmicas se reducirán. Para el caso de suelos blandos (Microzona M4) las
solicitaciones sísmicas aumentarán, por esto un análisis basado en características
propias de sitio más la inclusión del análisis interacción suelo-estructura debería
siempre ser comprendido al momento de diseñar una edificación.
Palabras clave: Edificación, Interacción suelo-estructura, Micro zonificación,
Suelos blandos, Suelos rígidos.
Copyright: 2025 derechos
otorgados por los autores a
Novasinergia.
Este es un artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de una licencia de
Creative Commons Attribution
(CC BY NC).
(http://creativecommons.org/licens
es/by-nc/4.0/).
Abstract: In Ecuador, structural engineers traditionally design structures by considering
embedded bases and assuming infinite soil stiffness. This methodology does not accurately
reflect reality, as soil deforms when subjected to external forces. The research is based on
the hypothesis that including soil-structure interaction always reduces the seismic
response. To test this hypothesis, a reinforced concrete frame building, rectangular in
shape with four levels and typical of educational units, was analyzed. The study compared
traditional analysis methods to those incorporating site-specific characteristics, using
spectra from the seismic microzonation of Portoviejo. Specifically, spectra from microzones
M2, M3, and M4, all classified as type D soil, were compared to the NEC-15 spectrum for
type D soil. The effects of soil-structure interaction were included using ASCE 41 and
Gazetas methodologies. This analysis determined the influence of soil-structure
interaction, which is crucial for optimizing structures. Depending on the type of soil on
which the analysis is conducted, the demand can significantly reduce or increase. For sites
with greater rigidity (Microzones M2 and M3), seismic stresses will be reduced.
Conversely, for soft soils (Microzone M4), seismic stresses will increase. Therefore, an
analysis based on site characteristics, plus the inclusion of soil-structure interaction,
should always be applied when designing a building.
Keywords: Edification, Soil-structure interaction, Micro zoning, Soft soils, Rigid floors.
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 68
1. Introducción
Los métodos para el diseño de estructuras se basan en la ingeniería sísmica y en
estudios específicos de vulnerabilidad en zonas de alto riesgo. Su finalidad es evaluar las
estructuras, garantizando así la reducción de pérdidas humanas y materiales (Villareal,
2009). Entre estos procedimientos tecnológicos destacan el aislamiento sísmico de base,
funciones de vulnerabilidad sísmica y la consideración de la interacción dinámica suelo-
estructura (Fundora et al., 2022).
La importancia de la ingeniería estructural radica en la búsqueda de representar una
estructura mediante un modelo numérico que represente una gran aproximación a la
realidad. La inclusión de la interacción suelo-estructura es una de las maneras de acercarse
al comportamiento real de la estructura. En la actualidad existen diversas formas de
representar esta interacción, que pueden ser estática, dinámica, lineal o no lineal (López et
al., 2022).
En nuestro medio es común el análisis considerando bases rígidas lo que asume que el
apoyo de la estructura tiene rigidez infinita, es decir no presenta desplazamientos verticales
ni horizontales, sin embargo, esta suposición no es real debido a la presencia de
asentamientos, movimientos de traslación y rotación que se generan en la base de las
edificaciones (Villareal & Aguila, 2021). El comportamiento estructural de una edificación
es afectado por la interacción del suelo, el sistema de cimentación empleado y la
configuración estructural de la misma (Araca et al., 2020), por lo tanto, debido a las
características propias de los suelos de nuestro territorio es necesario considerar otras
metodologías de análisis como lo es la interacción dinámica suelo-Estructura, misma que
estudia la variación de respuesta dinámica del suelo y de la estructura, provocado por la
flexibilidad del sistema suelo-cimentación ante un movimiento sísmico (Avilés & Pérez,
2004), lo que realza la importancia de tomar consideraciones acordes a la geología y
geotecnia del sitio sobre el cual se encuentre asentada la edificación (Fernández et al., 2015).
Investigaciones como Díaz et al., (2012) y Tena, (2019) indican que los efectos de Interacción
suelo-estructura pueden definirse generalmente en dos mecanismos principales: (1)
Interacción cinemática, misma que considera la diferencia en el movimiento del terreno que
proviene de la rigidez del sistema estructura-cimentación como si no tuviera masa, lo que
depende fundamentalmente de la rigidez y geometría de la cimentación. (2) Interacción
inercial, toma en cuenta las fuerzas de inercia que se generan por la vibración de la masa de
la cimentación y de la estructura, que da lugar no solo a elementos mecánicos dentro de los
distintos miembros que las componen, sino también a tres fuerzas y tres momentos referidos
a dos ejes horizontales y uno vertical en la base (Bazán & Meli, 2002).
Rodríguez et al, (2017) indica que el impacto de la interacción suelo-estructura depende
principalmente de la flexibilidad del suelo, y puede tener efectos tanto benéficos como
perjudiciales dependiendo de la razón entre el periodo del sistema y el suelo,
incrementando o reduciendo la respuesta de una estructura.
Otras investigaciones como (Fernández et al., 2015; Olivera & Villareal, 2023; Tapia et al.,
2017), indican que el efecto de la interacción suelo-estructura modifica la ductilidad teórica
que pueden desarrollar los edificios. En la mayoría de los casos en los modelos con
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 69
cimentación flexible reportan una disminución de la ductilidad que puede desarrollar el
sistema en comparación de los sistemas de bases rígidas.
Una de las causas probables del colapso parcial o total de una estructura es el terreno sobre
el cual está o estará apoyada, ya que estos son los delegados de soportar las cargas
dinámicas que actúan sobre la estructura y su cimentación, pudiendo producirse
asentamientos, empujes, vuelco, o en su peor evento licuarse perdiendo así su capacidad de
soporte (Jurado, 2012). Al momento que un estrato suelto es atravesado por una onda
sísmica esta puede atenuarse como amplificarse, dando como resultado la difracción
múltiple, por esto la importancia de considerar los efectos de sitio, ya que estos dependen
de las características del terreno de cimentación, la cual es vital en diseño sísmico (Botero et
al., 2004).
Ante las condiciones geológicas, geotécnicas y la alta sismicidad que posee la ciudad de
Portoviejo, hacen de esta una zona de alta vulnerabilidad, pudiendo desarrollar fenómenos
simultáneos como lo son los asentamientos, expansión de suelos, licuefacción (Alvarado &
Bernal, 2017), por esto los diseños deben basarse bajo prospecciones geotécnicas y
geológicas debido a que las estructuras colapsan por efectos del suelo (Aguiar & Ortiz,
2017). Como indica Calderín et al., (2020), el no considerar los efectos de interacción suelo-
estructura en el análisis y diseño de una edificación, pudiera ocasionar el incremento o
reducción de las solicitaciones dinámicas como resultado de la flexibilidad del suelo, a partir
del alargamiento del periodo de vibración y la reducción de la ductilidad de la estructura.
Debido a que la provincia de Manabí tiene una alta recurrencia sísmica con valores de
aceleración de hasta 0.5g según la NEC (2015), se estudió una edificación de hormigón
armado, utilizando el estudio de microzonificación sísmica de la ciudad de Portoviejo.
Actualmente, en nuestro medio, se puede percibir mucha incertidumbre por parte de los
calculistas estructurales en cuanto al uso de esta herramienta, lo que resulta en estructuras
no óptimas para nuestro entorno constructivo, ya que continúan basándose en metodologías
tradicionales de cálculo.
El estudio analizó la influencia de los espectros de la microzonificación sísmica de
Portoviejo, incluyendo interacción dinámica suelo-estructura, frente al espectro de la NEC-
15 para el suelo D, tomando una estructura típica de instituciones educativas, conformada
por 4 niveles y una distribución estructural rectangular vista desde planta, el material
predominante el hormigón armado. Lo que permitirá determinar las limitaciones que tiene
un análisis convencional frente a un análisis basado en características propias de sitio,
partiendo de la hipótesis de que la implementación de la interacción suelo-estructura
siempre causa la reducción en la respuesta sísmica de la edificación.
2. Metodología
2.1. Estudio de microzonificación sísmica de Portoviejo
El propósito de los estudios de microzonificación sísmica es determinar el
comportamiento del suelo ante acciones sísmicas, este objetivo se alcanza mediante una
serie de investigaciones de carácter geológico, geotécnico y geofísicos del subsuelo, que,
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 70
junto con ensayos de respuesta sísmica en la superficie, permiten definir microzonas con
características propias en espectros de respuesta (Chunga et al., 2019).
Para la determinación de las microzonas sísmicas estudiadas, se optó por tomar las zonas
que han mostrado un notable crecimiento en la última década como lo indica Cedeño et al,
(2019); la información primordial que se consideró es la variación de velocidad de
propagación de onda de corte (ver Tabla 1) Vs30 en los primeros 30 m de profundidad. Los
espectros proporcionados por la Norma Ecuatoriana de la Construcción sirvieron como
punto de arranque, mismos que fueron contrarrestados por los espectros creados de la
microzonas estudiadas (Morales & Espinosa, 2020).
Tabla 1: Parámetros de espectro de diseño para PMR=475 años
Microzona
Descripción del Suelo
Velocidad de Propagación
M2
Suelo semirrígido
360>Vs30>270 m/s
M3
Suelo intermedio
270>Vs30>225 m/s
M4
Suelo blando
225>Vs30>180 m/s
Del estudio de microzonificación sísmica de Portoviejo, se obtuvo espectros de diseño
básicos para un periodo de retorno PMR de 475 años, mismos que son apreciables en la
Figura 1. Además, se añadió el espectro para suelo tipo D a partir de las consideraciones
impuestas por la NEC-15, considerando también que de acuerdo a la velocidad de onda de
corte de las microzonas seleccionadas, todas son clasificadas como suelo tipo D, según los
parámetros de clasificación de los suelos de la NEC-15; es apreciable las variaciones de los
espectros, donde denota que a medida que la velocidad de onda de corte sea mayor, la
meseta se reduce.
Figura 1: Espectro de diseño PMR 475 años
2.2. Métodos de cálculo para la interacción suelo-estructura
La interacción estática suelo-estructura relaciona parámetros de rigidez estática como
lo es el coeficiente de balasto donde se trabaja con cargas de naturaleza estática,
indiferentemente de usar fuerzas sísmicas en realidad se utiliza una carga seudo estática
(máxima reacción que se obtiene de un análisis sísmico). A diferencia de un análisis de
interacción dinámica suelo-estructura (IDSE) que relaciona componentes de rigidez
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
012345678910
Nec 15 M2 M3 M4
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 71
dinámica, componentes de degradación de rigidez dinámica y efecto de amortiguamiento
en la respuesta global del sistema (Fernández et al, 2023).
Para la ejecución de los cálculos correspondientes a la inclusión de la interacción dinámica
suelo-estructura, se elaboraron los siguientes métodos: (1) Método del ASCE41-17
equivalente a lo publicado previamente en el FEMA 356, (2) Método de Gazetas para
analizar el problema de la interacción dinámica suelo-estructura mediante el uso de las
funciones de impedancia basado en el reporte NEHRP-NIST GCR 12-917-21(2012).
2.3. Descripción de la edificación
Dentro del presente estudio, la población estuvo definida por una edificación ficticia
la cual se ubicó en el cantón Portoviejo, perteneciente a la provincia de Manabí, cuya
distribución estructural trata de simular un edificio típico aporticado de unidades
educativas, siendo este de forma rectangular visto en planta, conformado por cuatro losas,
se consideró además la planta baja y el primer piso alto como uso de oficinas, los pisos dos
y tres de usos de salones de clases y finalmente el piso 4 como cubierta, la estructura posee
como material de construcción predominante el hormigón armado. Al ser las columnas y
vigas las encargadas de sobrellevar las cargas gravitacionales y sísmicas, se tomó columnas
desde la planta baja hasta el piso dos de 65𝑥55𝑐𝑚, desde el piso dos hacia el piso cuatro de
55𝑥45𝑐𝑚. Las vigas con una sección de 40𝑥35𝑐𝑚 en todos los niveles con excepción del piso
de cubierta mismo que posee una sección de 35𝑥30𝑐𝑚, la losa en todos los niveles incluido
la cubierta posee un espesor de 20 𝑐𝑚. La estructura no presenta irregularidad en planta ni
elevación de acuerdo con lo establecido con la NEC-15. Los modelos numéricos se realizaron
en el software Etabs (ver Figura 2).
Figura 2: Vista preliminar de la estructura
Dentro del análisis de la estructura se consideró como cargas gravitacionales el peso propio
y sobrecarga, obteniendo que para los pisos del uno al tres (𝐷 = 0.4𝑡𝑜𝑛𝑓/𝑚2), y para el piso
cuatro (𝐷 = 0.2𝑡𝑜𝑛𝑓/𝑚2). Además, se consideró como sobrecarga viva para el primer piso
alto (𝐿 = 0.24𝑡𝑜𝑛𝑓/𝑚2), para los pisos dos y tres (𝐿 = 0.20𝑡𝑜𝑛𝑓/𝑚2), finalmente el piso de
cubierta ( 𝐿 = 0.07𝑡𝑜𝑛𝑓/𝑚2 ), los valores de sobrecarga viva se tomaron acorde a lo
establecido por la NEC-15. Se hizo uso del análisis modal espectral para considerar las
solicitaciones sísmicas, empleando el espectro de diseño de la NEC-15 para suelo tipo D,
además se incluyeron los espectros de diseño brindados por la microzonificación sísmica,
específicamente para las microzonas 2, 3 y 4, zonas consideradas en desarrollo además en
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 72
las cuales se encuentran tres grandes universidades que siguen en crecimiento y están
conformadas por edificaciones con tipologías estructurales similares a la planteada en el
presente estudio. Debido a la ubicación propuesta se clasificó dentro de la zona sísmica VI,
por ser estructura de ocupación especial se precisó un coeficiente de importancia 𝐶 = 1.3, y
un factor de reducción de resistencia sísmica 𝑅 = 6, de acuerdo con lo establecido por la
NEC-15.
2.4. Resultados a comparar
Para el análisis de la estructura, se tuvo como punto de partida la inclusión del
espectro de la NEC-15 para suelo tipo D, considerando sus bases empotradas, seguido a esto
se aplicó el espectro de cada microzona manteniendo las bases de la estructura empotrada,
finalmente se hizo la inclusión de resortes calculados por el método ASCE41 y el método de
Gazetas, los que simularán las características del suelo, dando un total de diez modelos
analizados, además a causa de la clara variación entre los espectros de diseño propuestos
para el estudio, se espera considerables variaciones en los periodos, las derivas de piso,
desplazamientos, cortantes globales máximos, esfuerzos en vigas, variación de cuantías en
vigas y capacidad de columnas.
3. Resultados
Al someter la estructura a diversas condiciones de suelo y fuerzas sísmicas, se pudo
evidenciar una variación considerable con respecto al periodo fundamental, como es el caso
de la microzona M4 que al considerar la IDSE, la edificación logra alcanzar periodos de
hasta 0.81𝑠 contrastando su clara reducción cuando se emplean bases empotradas logrando
valores de 0.72𝑠, además es apreciable un comportamiento similar en las microzonas M3 y
M2 como se presenta en la Tabla 2.
Tabla 2: Periodos fundamentales máximos
B.E
ASCE41
GAZETAS
0,72 s
-
-
0,72 s
0,79 s
0,73 s
0,72 s
0,79 s
0,80 s
0,72 s
0,79 s
0,81 s
B.E: Bases empotradas de acuerdo a cada microzona estudiada.
ASCE41: Método interacción suelo estructura propuesto por el American Society of Civil Engineers.
GAZETAS: Método interacción suelo estructura propuesto por el reporte NEHRP (Método Gazetas).
3.1. Derivas de Piso
Microzona M2: La deriva máxima de piso obtenida al partir del modelo que incluye
el espectro de la NEC-15 considerando bases empotradas, con un valor de 2.13% que se
encuentra ligeramente superior al límite establecido por la NEC-15, mientras que para el
caso que incluye el espectro de microzona M2 conservando bases empotradas se aprecia
una gran reducción de la misma con un valor de 1.27%, seguido de los casos con inclusión
de IDSE con valores de 1.25% y 1.26%, por el método del ASCE41 y método de Gazetas
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 73
respectivamente, lo que para este caso en específico las variaciones en derivas son
significantes, además estos resultados se mantuvieron en el nivel dos predominando el caso
sismo X como se aprecia en la Figura 3.
Figura 3: Derivas de Piso NEC-15 vs Microzona M2
Microzona M3: Partiendo con el modelo base (NEC-15, bases empotradas) con deriva
máxima de 2.13%, ahora haciendo la inclusión del espectro tomado de la microzona M3,
podemos observar valores inferiores al límite siendo 1.74% para el modelo con bases
empotradas, para el modelo considerando IDSE por el método del ASCE41 con un valor de
1.69%, manteniendo estos resultados dentro del nivel dos de la estructura, finalmente
1.70% de deriva de piso para el método de Gazetas con la variación de que este resultado
se presentó en el nivel tres de la estructura (ver Figura 4), atribuyendo esto a los modos de
vibración, ya que si se quisiera considerar resultados lineales debería evaluarse la estructura
solo a dos componentes x e y, así que la variación de los resultados se atribuye a la variación
modal existente lo que provoca que el comportamiento de la estructura no sea lineal.
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Empotradas NEC-15
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Empotradas Microzona M2
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Flexibles ASCE41 M2
M Sismo
Y
M Sismo
X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Flexibles Gazetas M2
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 74
Figura 4: Derivas de Piso NEC-15 vs Microzona M3
Microzona M4: Para el caso de la microzona M4 partiendo que para diseños tradicionales el
valor máximo de deriva es 2.13%, podemos observar un considerable aumento en las
derivas de piso, siendo un 2.37% de deriva máxima para el caso que incluye el espectro de
la microzona M4 conservando bases empotradas, 2.40% para el modelo con inclusión IDSE
por método del ASCE41, finalmente el método de Gazetas con un valor de 2.13% ,
manteniendo estos resultados dentro del nivel dos de la estructura cómo se puede observar
en la Figura 5.
Figura 5: Derivas de Piso NEC-15 vs Microzona M4
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Empotradas NEC-15
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Empotradas Microzona M3
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Flexibles ASCE41 M3
Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
0
2
4
6
8
10
12
14
0,00% 1,00% 2,00% 3,00%
Derivas de Piso Bases Flexibles Gazetas M3
M Sismo Y
M Sismo X
Sismo Y
Sismo X
Límite
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 75
3.2. Desplazamientos
La Tabla 3 muestra que la estructura al ser diseñada bajo parámetros tradicionales
alcanzó un desplazamiento de 4.85 𝑐𝑚, que en comparación con la microzona M2 muestra
considerables variaciones, para el modelo con bases empotradas alcanzando 2.91 𝑐𝑚, con
un leve incremento en modelos con inclusión de IDSE de 2.93 𝑐𝑚, para los casos de la
microzona M3 y M4 el comportamiento es similar, sin embargo la Microzona M4 supera
considerablemente en desplazamientos al modelo base alcanzando hasta 5.77 𝑐𝑚 en modelo
con IDSE con espectro M4.
Tabla 3: Desplazamientos máximos
Microzonas
B.E
ASCE41
GAZETAS
NEC-15
4,85 cm
-
-
Microzona M2
2,91 cm
2,93 cm
2,93 cm
Microzona M3
3,98 cm
3,98 cm
4,06 cm
Microzona M4
5,40 cm
5,77 cm
5,14 cm
3.3. Cortantes Máximos
Los esfuerzos globales correspondientes a cortantes se aprecian en la Tabla 4, donde
sobresale la microzona M4 alcanzando valores de hasta 412.85 𝑡𝑛, donde claramente supera
al modelo que incluye el espectro NEC con bases empotradas que alcanza valores de
371.07 𝑡𝑛, para el caso de las microzonas M2 y M3 las fuerzas cortantes son inferiores
notablemente a las del modelo base llegando a valores de 217.29 𝑡𝑛.
Tabla 4: Cortantes máximos globales
Microzonas
B.E
ASCE41
GAZETAS
NEC-15
371,07 tn
-
-
Microzona M2
222,31 tn
217,29 tn
217,29 tn
Microzona M3
304,21 tn
290,84 tn
254,06 tn
Microzona M4
412,85 tn
412,85 tn
364,38 tn
3.4. Variación de Esfuerzos
Para el chequeo de las variaciones de los esfuerzos se escogió la viga mayor forzada
en el modelo base, con la finalidad de chequear la variación de sus demandas en los modelos
con inclusión de IDSE, partiendo con 14.23𝑡𝑛 en esfuerzo a corte y 20.87 𝑡𝑛 − 𝑚 en esfuerzo
a momento, existiendo apreciables variaciones de reducción en la microzona M2 misma que
alcanza valores de hasta 11.70 𝑡𝑛 en esfuerzo cortante y 15.23 𝑡𝑛 − 𝑚 en esfuerzo a
momento, al contrario la microzona M4 muestra un claro aumento en las demandas en
comparación con el modelo base mismo que es evidenciado en la Tabla 5.
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 76
Tabla 5: Esfuerzos en viga
Métodos
NEC-15
M2
M3
M4
V
M
V
M
V
M
V
M
B. E
14,23 tn
20,87 tn-m
11,74 tn
15,29 tn-m
12,77 tn
17,25 tn-m
14,93 tn
22,44 tn-m
ASCE
-
-
11,69 tn
15,22 tn-m
12,92 tn
18,00 tn-m
14,93 tn
22,55 tn-m
GAZETAS
-
-
11,70 tn
15,23 tn-m
12,34 tn
16,70 tn-m
14,17 tn
20,84 tn-m
3.5. Variación de cuantías
La influencia de los procesos de análisis en la variación de la cuantía es de mucha
importancia, ya que dicho parámetro influye en la toma de decisiones dentro de un
proyecto, para determinar la variación existente se optó por analizar la viga con mayor
demanda en el modelo base, para así poder comparar su variación en los modelos
propuestos. El diseño de la estructura presentó variaciones considerables, las variaciones
mayormente significantes se dan en la microzona M2 con una reducción al rededor del 36%
para cada método aplicado, seguido de la microzona M3 con una reducción alrededor del
20% y finalmente la microzona M4 que a diferencia de las anteriores tuvo un aumento
alrededor del 10% en su cuantía.
3.6. Capacidad de columnas
El chequeo de las columnas se realizó con el previo diseño manual, por lo que una
vez obtenido los armados estos fueron insertados al software Etabs, con la finalidad de
precisar su radio de capacidad frente a las diferentes características planteadas en cada
modelo. Partiendo de que la columna mayor forzada en el modelo base son las esquineras
con un radio demanda/capacidad del 0.94 mismo que se encuentra dentro de los
parámetros limites aceptables de diseño, lo que se contrarresta claramente con la microzona
M2 donde la misma columna alcanza un radio demanda/capacidad de 0.50, seguido de la
microzona M3 que alcanza un radio de demanda/capacidad de 0.74 y finalmente la
microzona M4 que supera los límites establecidos para dicho parámetro alcanzando un
radio demanda/capacidad de 1.06, como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6: Radio de capacidad columnas
Microzonas
B.E
Gazetas
ASCE 41
Esquina
Centro
Lateral
Esquina
Centro
Lateral
Esquina
Centro
Lateral
NEC-15
0,94
0,73
0,84
-
-
-
-
-
-
M2
0,50
0,51
0,45
0,52
0,55
0,43
0,52
0,54
0,43
M3
0,74
0,63
0,66
0,66
0,62
0,53
0,77
0,67
0,59
M4
1,06
0,84
0,96
1,03
0,92
0,92
1,19
1,06
0,95
4. Discusión
En el presente estudio, se planteó analizar el desempeño de una estructura de
hormigón armado, empleando métodos de cálculo tradicionales con parámetros
establecidos por la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC, 2015), frente a un análisis
con características propias de sitio; la evaluación llevada a cabo demostró la importancia de
hacer uso de las herramientas como lo son el estudio de microzonificación sísmica y los
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 77
métodos de interacción suelo estructura, ya que como lo indica Alcívar et al., (2021) evaluar
las estructuras bajo dichas metodologías permite alcanzar un comportamiento más cercano
a la realidad, lo que conlleva a la optimización de la estructura.
En el diseño estructural una edificación de gran resistencia es aquella que tiene la capacidad
de resistir los efectos del sismo elásticamente, es decir que si la relación entre la fuerza y los
desplazamientos son de forma lineal la estructura no presentaría daño, caso contrario ocurre
en estructuras menos rígidas que presentan altos desplazamientos, lo que conlleva a una
deformación inelástica que se traduce como daño al disipar energía (Suárez, 2009), por esto
es de suma importancia hacer uso de estudios de sitio, como se evidencia en la Tabla 3 sí
nos basamos en diseños tradicionales como lo es la utilización de los espectros básicos
propuestos por la NEC-15, podemos sobredimensionar la estructura como es el caso de la
microzona M2 y M3, ya que los desplazamientos obtenidos en estas microzonas son de
alrededor del 40% y 20% de reducción frente al modelo base, para el caso de la microzona
M4 existe un aumento del desplazamiento alrededor del 12%, lo que se traduce como
subdimensionamiento por parte de los métodos tradicionales de cálculo. En resultados
similares se obtiene para el caso de cortantes máximos globales, variaciones de esfuerzos y
capacidad de columnas, lo que realza aún más la importancia de utilizar estudios de sitio
como lo es la microzonificación sísmica para la obtención de estructuras optimizadas que
prioricen garantizar la integridad de la estructura.
Calderín et al., (2020) indica que, considerar el análisis con IDSE ante cargas sísmicas deja
en evidencia que la flexibilidad de la base de cimentación está íntimamente relacionada con
el período fundamental de la estructura, el amortiguamiento y la ductilidad, por lo tanto,
como se apreció en el presente estudio los modelos que mantienen la condición de bases
empotradas, aunque varíen los espectros específicos de cada microzona estudiada los
valores de periodo se mantienen constantes, caso contrario ocurre al considerar la inclusión
de la IDSE, misma que causó significantes variaciones en los periodos fundamentales de la
estructura estudiada.
Los métodos para el análisis IDSE consideran además de la rigidez de la estructura, los
coeficientes de amortiguamiento, lo que incide en las propiedades dinámicas de la
estructura causando considerables variaciones en sus demandas (Calderín et al., 2020),
como sucedió en el presente estudio que al considerar propiedades específicas de las zonas
estudiadas, hubo apreciables variaciones en sus propiedades como en el caso de las cuantías
de diseño, esfuerzos globales, derivas máximas de piso, periodos fundamentales, entre
otras, por lo que seguir basando los diseños en metodologías tradicionales de cálculo es
poco beneficioso.
Los efectos de la IDSE son únicos para cada estructura que sea estudiada, ya que estos varían
acorde a las características del suelo, distribución estructural, número de pisos, nivel de
empotramiento, entre otras, por lo que asumir que dicho análisis siempre causará un mismo
efecto no es correcto, sin embargo, de acuerdo a lo expuesto por Rodríguez et al., (2017) se
puede concretar qué, los efectos de la IDSE dependen en gran medida con la rigidez que
pueda presentar la estructura y a su vez la rigidez del suelo sobre el cual se encuentre
asentada. Por esto los análisis con inclusión de IDSE más el uso de espectros específicos de
sitios deberían siempre considerarse al menos en el diseño de estructuras de ocupación
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 78
especial y esencial, lo que para la mayoría de los calculistas estructurales es una gran
limitante el no contar con estudios de microzonificación sísmica en muchas de las ciudades
de Ecuador.
5. Conclusiones
Del análisis modal realizado se obtiene que, para la tipología estructural planteada la
variación del periodo fundamental está estrechamente relacionada con la calidad del suelo,
siendo el periodo para bases empotradas 0.72s hasta llegar a un periodo de 0.81s en modelos
que consideran la interacción suelo-estructura.
La inclusión de los espectros tomados del estudio de microzonificación sísmica de la ciudad
de Portoviejo más la inserción de la interacción dinámica suelo-estructura, mostró que,
respecto a derivas de piso para aquellas estructuras que cuenten con una tipología
estructural similar a la planteada, contarán con una considerable reducción de sus derivas
para las microzonas M2 y M3. Caso contrario ocurre en la microzona M4, si la edificación es
diseñada bajo parámetros conservadores como lo es seguir los procedimientos establecidos
por la NEC-15, causaría un subdimensionamiento a la estructura, ya que, al estar dentro de
una microzona con suelos blandos, esta causa aumentos considerables en sus demandas con
respecto al modelo conservador.
Para el caso de esfuerzos localizados, cortantes globales y desplazamientos máximos, se
puede concluir que siguiendo métodos conservadores de diseño puede ser perjudicial,
debido a que si se considera características de sitio los resultados varían en gran o poca
medida, lo que se traduce como sobredimensionamiento para los casos de las microzonas
M2 y M3, y subdimensionamiento para el caso de suelos blandos como lo es la microzona
M4.
El contar con un estudio de microzonificación sísmica ayuda a la optimización de la
estructura, ya que se evaluará bajo condiciones específicas de sitio, además la inclusión de
la interacción suelo-estructura permite aproximar de manera más acertada al
comportamiento de la estructura por lo que es prioritario realizar dichas inclusiones.
Contribuciones de los autores
En concordancia con la taxonomía establecida internacionalmente para la asignación
de créditos a autores de artículos científicos (https://casrai.org/credit/). Los autores declaran
sus contribuciones en la siguiente matriz:
Arteaga, A.
Cevallos, J.
Conceptualización
Análisis formal
Investigación
Metodología
Recursos
Validación
Redacción – revisión y edición
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 79
Conflicto de Interés
Los autores declaran que no existen conflictos de interés de naturaleza alguna con la
presente investigación.
Referencias
Aguiar, R., & Ortiz, D. (2017). Análisis Sísmico de un Edificio de Doce Pisos de la Ciudad de Manta
Considerando Interacción Suelo Estructura. Revista Internacional de Ingeniería De Estructuras, 22(03),
251–279. https://doi.org/10.24133/riie.v22i3.646.
Alcívar, S., Mieles, Y., & Ostaiza, J. (2021). Estudio Comparativo de Análisis y Diseño de Estructuras
Aporticadas de Hormigón Armado, Aplicando los Espectros de la Microzonificación Sísmica del
Cantón y los Espectros de la NEC-15. Revista Riemat, 6(01), 26–35.
https://doi.org/10.33936/riemat.v6i1.3687
Alvarado Alcívar, K., & Bernal Carrera, I. (2017). Mapa de Microzonificación Geotécnico y Modelo Geológico-
Geotécnico 3d de la Ciudad de Portoviejo [tesis de grado]. Escuela Politécnica Nacional.
Araca Llanos, F., Gómez Catacora, L., Cahui Galarza, A., & Marín Mamani, G. (2020). Influence of Soil-
Structure Interaction on the Behaviour of Houses Framed With Isolated Footings in the City Of Juliaca.
Revista Científica de la UCSA, 7(2), 70–81. https://doi.org/10.18004/ucsa/2409-8752/2020.007.02.070
Avilés, J., & Pérez Rocha, L. (2004). Bases Para las Nuevas Disposiciones Reglamentarias Sobre Interacción
Dinámica Suelo-Estructura. Revista de Ingeniería Sísmica, (71), 1–36.
https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=61807101
Bazán Zurita, E., & Meli Piralla, R. (2002). Manual de Diseño Sísmico de Edificios. Noriega Editores.
Botero Palacio, J., Jaramillo Fernández, J., & Rochel Awad, R. (2004). Evaluación de los Efectos Inerciales de
Interacción Dinámica Suelo-Estructura para Edificaciones Ubicadas en Medellín. Revista Universidad
EAFIT, 40(134), 90–104.
Calderín-Mestre, F., Almenarez-Labañino, D., & Boada-Fernández, D. (2020). Consideración del Fenómeno
Interacción Suelo-Estructura en Edificio Prefabricado. Ciencia en su PC, 1(04), 79–94.
https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181366194007
Cedeño Zambrano, H. G., Cedeño Zambrano, L. S., & Cedeño Delgado, T. G. (18-20 de septiembre de 2019).
Ciudad Compacta Versus Ciudad Difusa. Análisis pre- y post- Terremoto en Ciudad Intermedia.
Portoviejo, Ecuador. III ISUF-H Congreso Internacional 18-20 Septiembre Guadalajara México.
https://doi.org/10.4995/isufh2019.2019.9978
Chunga, K., Pilay, E., & Solano, V. (2019). Caracterización Geotécnica Y Microzonificación Sísmica en el Área Urbana
de la Ciudad de Pelileo, Provincia de Tungurahua [tesis de grado]. Universidad Estatal Península de Santa
Elena.
Díaz Guzmán, F., Espinoza Barreras, F., Sánchez Vergara, R., & Huerta López, C. (2012). Respuesta dinmica de
un edificio considerando el efecto de interaccin suelo-estructura. Centro Internacional de Mtodos
Numricos en Ingeniera.
Fernández Limés, A., Fernández Lorenzo, I., & Cobelo Cristiá, W. D. (2023). Influencia de la interacción suelo-
estructura estática en edificios de 100 metros de altura. Ingeniería y Desarrollo, 41(02), 213–232.
https://doi.org/10.14482/inde.41.02.201.456
Fernández Sola, R., Tapia Hernández, E., & Dávalos Chávez, D. (2015). Respuesta Inelástica de Marcos de
Acero con Interacción Inercial Suelo-Estructura. Ingeniería Sísmica, (92), 1–21.
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0185-
092X2015000100001&lng=es&tlng=es.
Fundora Sautié, N., Braña Nuez, P., Gamón Payret, R., & Martínez Cid, J. O. (2022). Influencia de la Altura en
la Consideración de la Interacción Dinámica Suelo-Estructura en Edificaciones con Tipología mixta
Novasinergia 2025, 8(1), 67-80 80
Ubicadas en Zonas de Alto Peligro Sísmico. Ingeniería y Desarrollo, 40(01), 6–27.
https://doi.org/10.14482/inde.40.01.621.852
Jurado Cabañes, C. (2012). Problema de ISE en cimentaciones y muros de contención. Influencia de los fenómenos de
despegue y deslizamiento [tesis doctoral]. Universidad Politécnica de Madrid.
López, N., Pérez, G., Castro, C., Vielma, J., López, L., Alviar, J., Romero, C., Guerrero, D., & Montesinos, V.
(2022). A Structural Design Comparison Between Two Reinforced Concrete Regular 6-Level Buildings
Using Soil-Structure Interaction in Linear Range. Ingenieria e Investigacion, 42(01).
https://doi.org/10.15446/ing.investig.v42n1.86819
Morales, L., & Espinosa, A. (2020). Influencia de la Interacción Suelo Estructura (ISE) de cimentaciones
superficiales en suelos no cohesivos en el comportamiento estructural de una edificación de 8 pisos y
un subsuelo. INGENIO, 3(1), 5–26. https://doi.org/10.29166/ingenio.v3i1.2391
NEHRP. (2012). Soil-Structure Interaction for Building Structures (NIST GCR 13-917-21).
https://www.nehrp.gov/pdf/nistgcr12-917-21.pdf
Norma Ecuatoriana de la Construcción. (2015). Peligro Sísmico Diseño Sismo Resistente (NEC-SE-DS).
https://www.habitatyvivienda.gob.ec/wp-content/uploads/2023/03/2.-NEC-SE-DS-Peligro-Sismico-
parte-1.pdf
Olivera, R., & Villareal, G. (2023). Interacción Suelo-Estructura para edificaciones con platea de cimentación
por los modelos estático y dinámico. Memoria Investigaciones en Ingeniería, 25, 137-171.
https://doi.org/10.36561/ing.25.9.
Rodríguez, A., Mora, B., Reyes-Salazar, A., Avilés, J., & Ruiz Gómez, S. E. (2017). Determinación de Espectros
de Respuesta Considerando Daño Acumulado e Interacción Suelo-Estructura. Revista de Ingeniería
Sísmica, 96(01), 18–38. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0185-
092X2017000100018&lng=es&tlng=es.
Suárez, V. (2009). Diseño Basado en Desplazamientos, una Alternativa Racional al Diseño Basado en Fuerzas.
Revista Tecnológica ESPOL-RTE, 22(02), 47–59.
https://rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/130/74
Tapia Hernández, E., De Jesús Martínez, Y., & Fernández Sola, L. (2017). Demandas Sísmicas en Edificios
Regulares de Acero con Cimentaciones Flexibles. Ingeniería Sísmica, (96), 1–17.
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0185-
092X2017000100001&lng=es&tlng=es.
Tena Colunga, A. (2019). Soil-structure interaction. Reflections about its importance in the dynamic response
of structures during earthquakes. Revista Internacional de Ingeniería, 24(2), 141–165.
10.24133/riie.v24i2.1282
Villareal Castro, G. (2009). Interacción sísmica suelo-estructura en edificaciones con zapatas aisladas. Asamblea
Nacional De Rectores.
Villareal Castro, G., & Aguila Gómez, T. (2021). Soil-Structure Interaction and its Influence on the Seismic
Response of RC Buildings. Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras, 26(03), 426–471.
https://doi.org/10.24133/riie.v26i3.2336