Interacción dinámica suelo-estructura considerando ondas sísmicas inclinadas y superficiales

• Autores: Trono, Adriano
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Ceballos, Marcelo Alejandro
• Materia: TECHNOLOGY::Civil engineering and architecture::Building engineering; Interacción Suelo-Estructura; Capa Perfectamente Acoplada; Método de Reducción del Dominio
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctorado en Ciencias de Ia Ingeniería)-Universidad Nacional de Córdoba - Facultadad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales
Fil: Trono, Adriano. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.
Es habitual en la práctica del diseño sismo-resistente de estructuras suponer que el patrón de onda incidente es de cuerpo SH y de propagación vertical. Sin embargo, esta simplificación dista de la realidad ya que, en zonas cercanas a la falla geológica predomina la incidencia de ondas SV inclinadas, y en zonas distantes del epicentro predominan las ondas superficiales. Sin embargo, los códigos de elementos finitos comerciales todavía no tienen herramientas adecuadas para modelar la entrada y la salida de este tipo de ondas. La estrategia propuesta en este trabajo consiste en modelar la entrada de ondas mediante el método de reducción del dominio (Domain Reduction Method - DRM), y la salida de ondas mediante bordes absorbentes de capas perfectamente acopladas (Perfectly Matched Layer - PML). Esta combinación permite realizar un análisis de interacción dinámica suelo-estructura ante cualquier onda incidente en el dominio del tiempo, lo que posibilita incluir no-linealidades en el análisis. Existen pocos elementos finitos PML que permiten el análisis en el dominio del tiempo. Kucukcoban y Kallivokas (2013) plantean una formulación integrable en el dominio del tiempo utilizando elementos finitos mixtos. Aproximan las tensiones con funciones de interpolación continuas, lo que implica bordes costosos por la cantidad de incógnitas adicionales necesarias. En este trabajo se propone utilizar funciones de interpolación de tensión discontinuas, que permiten disminuir la cantidad de incógnitas adicionales por elemento finito y aumentar la efectividad de absorción del borde. Por otra parte, el medio PML es intrínsecamente inestable (Bécache et al., 2003), es decir, inestable independientemente de la discretización que se realice. Esto se manifiesta en la existencia de algunos polos del sistema con parte real positiva, lo que imposibilita la resolución mediante integración numérica en el dominio del tiempo. Una forma de estabilizar el medio PML es utilizar funciones de estiramiento multiaxiales, método conocido como M-PML (Meza-Fajardo y Papageorgiou, 2008). Este método consiste en agregar un estiramiento en la dirección paralela al borde. Fathi et al. (2015) observan que Meza-Fajardo y Papageorgiou desestiman algunos términos del jacobiano de la transformación de coordenadas y por este motivo denominan a esta capa de borde como M-PML “no corregida”. En este trabajo se plantea la formulación fuerte de una capa absorbente M-PML “corregida”, utilizando todos los términos de la transformación de coordenadas entre el dominio regular y estirado. Se utilizan elementos finitos estándar en el dominio regular y elementos finitos mixtos en las regiones PML y M-PML. Se obtiene un modelo de elementos finitos estable e integrable en el dominio del tiempo. A diferencia de otras formulaciones PML, las matrices de masa, rigidez y amortiguamiento resultan simétricas. Para demostrar la efectividad de los bordes absorbentes desarrollados, los resultados obtenidos se comparan con soluciones analíticas en el dominio de la frecuencia (Luco y Westmann, 1972) y con soluciones numéricas de dominio extendido, que representan la solución del medio semi infinito hasta el tiempo de arribo del primer rebote de onda P. Para obtener la respuesta del sitio (necesaria para el cálculo de fuerzas efectivas del DRM) se utiliza el método de subestructuración en el dominio de la frecuencia (Wolf, 1985). La verificación del método DRM propuesto se hace comparando la solución analítica de las ondas superficiales y de cuerpo con los resultados de un modelo plano de elementos finitos lineal de campo libre sometido al paso de dicha onda superficial. Por último, se analiza el efecto del ángulo de incidencia de una onda SV sobre las solicitaciones de vuelco que se producen en estructuras fundadas superficialmente. Se utiliza el modelo desarrollado (DRM y PML) para realizar el análisis de interacción dinámica suelo-estructura de una estructura masiva a partir de demandas sísmicas producidas por diferentes ángulos de incidencia de onda SV.
Fil: Trono, Adriano. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.