Movimientos efectivos debidos a la interacción cinemática

Luis E. Pérez Rocha, Javier Avilés López, Fernando Díaz-Parra, Andrei Torres-Acosta, Adriana Beltrán-Galvis

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Earthquake Engineering & Geophysics

ABSTRACT: A boundary method to analyze the kinematic soil-foundation interaction, considering the flexibility of the foundation and the translation-rotation of its base, is presented in this work. The model consists in a floating flexible cylinder buried in a soil deposit with rigid base, forming three regions: one interior with the bottom slab and the supporting soil, other at the center with the retaining wall and the supporting soil and another outside with the surrounding soil. For each region, displacements and forces are expressed by means of superposition of wave modes traveling horizontally. Later, boundary conditions in the interfaces between the regions, given by the compatibility of displacements and forces in the elastic boundaries and null forces at the internal face of the foundation, are imposed. Vertical incidence of shear waves is considered as excitation of the system. Wave modes of both regions are computed with the thin layer method, in such a way that the solution is discreet in the vertical direction and continuous in the horizontal one. The effects of the thickness of the layer and the deep buried of a foundation with thin wall in the effective motion in the base of the foundation, these are horizontal translation and rotation.

RESUMEN: En este trabajo se presenta un método de frontera para análisis de interacción cinemática suelo-cimiento, considerando la flexibilidad de la cimentación y la traslación-rotación de su base. El modelo consiste en un cilindro flexible flotante, de pared delgada, enterrado en un depósito de suelo con base rígida, formando tres regiones: una interior con la losa de fondo del cajón de cimentación y el suelo de soporte, una central formada por el muro anular y el suelo de soporte y otra exterior con el suelo circundante. Para cada región, los desplazamientos y fuerzas se expresan mediante superposición de modos de ondas que viajan horizontalmente. Posteriormente se imponen las condiciones de frontera en las interfaces entre las regiones, dadas por la compatibilidad de desplazamientos y fuerzas en las fronteras elásticas, y fuerzas nulas en la cara interior del fuste, que es superficie libre. Como excitación del sistema se considera la incidencia vertical de ondas de cortante. Los modos de ondas en las dos regiones se calculan con el método del estrato delgado, de suerte que la solución es discreta en la dirección vertical y continua en la horizontal. Se muestra el efecto que tiene el espesor del estrato y la profundidad de enterramiento de una cimentación de pared delgada en los movimientos efectivos en la base de cimiento, estos son traslación horizontal y rotación. 1 INTRODUCCIÓN Durante temblores, las cimentaciones están sujetas a fuerzas de inercia que provienen de la superestructura así como a curvaturas impuestas por las deformaciones del suelo circundante. Usualmente, las pilas se diseñan para soportar sólo las fuerzas de inercia. Sin embargo, observaciones recientes han indicado que el daño en la parte baja de pilas es causado por el movimiento lateral del suelo debido el paso de las ondas sísmicas. El enfoque de diseño más sencillo es el que ignora la interacción del cimiento con el suelo circundante. Según este enfoque, primero se estiman las deformaciones del terreno en campo libre y luego la cimentación se diseña para acomodarse a estas deformaciones. El resultado es satisfactorio cuando el suelo es mucho más rígido que la cimentación. En caso contrario es necesario considerar los efectos de interacción cinemática, ya que pueden afectar considerablemente las deformaciones circundantes. Estos efectos son debidos a la difracción de las ondas incidentes por la cimentación y hasta la fecha han sido poco estudiados, a diferencia de los efectos de interacción inercial debidos a la vibración de la estructura. Las soluciones reportadas en la literatura son escasas y limitadas. Destaca por sencilla y atractiva la solución aproximada de Nicolau y col (2001) para pilotes flexibles flotantes, usando un modelo aproximado de viga sobre cimentación elástica de Winkler. La flexibilidad del pilote y la traslación-rotación de su base tienen como efecto una reducción notable de las acciones sísmicas. En este trabajo se presenta un método de frontera para análisis sísmico de sistemas suelo-cimentación, considerando la flexibilidad y flotación

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