Advances in the numerical modelling of nonlinearities in dynamic soil-structure interaction problems

Abstract

Este documento propone nuevas ideas para el modelado de no linealidades en estructuras donde los fenómenos de interacción suelo-estructura juegan un papel significativo. En la Parte I del documento, un modelo lineal equivalente para estimar la respuesta horizontal dinámica de pilotes considerando degradación del suelo a lo largo de la interfase pilote-suelo ha sido presentado, implementado y calibrado. La formulación propuesta incorpora la posibilidad de modelar una interfase pilote-suelo imperfecta o dañada en donde las condiciones de contacto no están garantizadas. Se ha optado por una formulación de elementos de contorno y elementos finitos acoplados, que reúne las ventajas de ambos métodos. Esta formulación no solo es computacionalmente más eficiente, sino que también es más versátil y requiere mucho menos tiempo en generar las mallas si lo comparamos con otros modelos existentes en la literatura. La Parte II estudia la respuesta sísmica de pilares de puente cimentados sobre grupos de pilotes. Para el modelado no lineal de pilares, es necesario simular la respuesta del sistema en el dominio del tiempo. Usualmente, el comportamiento del sistema suelo-cimentación tiene una marcada dependencia en frecuencia, cambiando su comportamiento dependiendo de la frecuencia de oscilación del puente. Haciendo uso de un esquema de subestructuración, el sistema suelo-cimentación es sustituido por una combinación de masas, resortes y amortiguadores cuyos valores son independientes de la frecuencia y reproducen el comportamiento complejo de la cimentación. De esta forma, cuando ocurre un terremoto, la degradación en el puente ha sido evaluada dependiendo del diseño de la cimentación. Los distintos modelos de parámetros agrupados han mostrado tener sus propias ventajas e inconvenientes. Además, a través del estudio paramétrico realizado, se ha mostrado que existen otras suposiciones del modelado, como puede ser el modelo de amortiguamiento material del suelo, que tienen una influencia mayor en la respuesta sísmica del sistema. Por otro lado, y también en la Parte II del documento, los efectos de interacción suelo-estructura en el diseño sísmico, la respuesta y el daño de puentes cimentados sobre pilotes en suelos blandos han sido investigados atendiendo al papel que juega la inclinación de los pilotes. Se ha mostrado que el uso de pilotes inclinados reduce sensiblemente el daño en el puente en todos los casos estudiados.