Efecto de la flexibilidad del muro y del apoyo en la respuesta sísmica de lumbreras

Luis E. Pérez Rocha, Javier Avilés López, Ordoñez-Yamjure Iván & Rodríguez-Romero Gerardo

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 dynamic soil-shaft interaction, considering the flexibility of the structure 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 shat, 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, is such a way that the solution is discreet in the vertical direction and continuous in the horizontal one. The effect of the thin wall in the forces that act on the shaft are shown.

RESUMEN: En este trabajo se presenta un método de frontera para análisis de interacción dinámica suelo-lumbrera, considerando la flexibilidad de la estructura 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 de la lumbrera y el suelo de soporte, una central formada por el fuste 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 la pared delgada en las fuerzas que actúan sobre la lumbrera. 1 INTRODUCCION Los efectos sísmicos en estructuras subterráneas se suelen evaluar con enfoques diferentes a los utilizados para estructuras superficiales. En general, para estructuras subterráneas, las acciones de diseño se expresan en términos de desplazamientos y deformaciones impuestos en la estructura por el suelo debido a la interacción entre ambos. El enfoque de diseño más sencillo es el que ignora la interacción de la estructura subterránea con el suelo circundante. Según este enfoque, primero se estiman las deformaciones del terreno en campo libre y luego la estructura se diseña para acomodarse a estas deformaciones. El resultado es satisfactorio cuando el suelo es mucho más rígido que la estructura. En caso contrario es necesario considerar los efectos de interacción dinámica, ya que pueden afectar considerablemente las deformaciones circundantes. Estos efectos son debidos a la difracción de las ondas incidentes por la estructura misma (interacción cinemática) así como a las fuerzas de inercia generadas por la vibración del sistema suelo-estructura (interacción inercial). Durante sismo, las lumbreras se sujetan a significativas curvaturas impuestas por el movimiento lateral del suelo, que generan momentos flexionantes de consideración. Las soluciones reportadas en la literatura son escasas y limitadas. Destaca por sencilla y atractiva la solución aproximada de Veletsos y Younan (1994; 1995), basada en la hipótesis de esfuerzos verticales (normales) nulos. Esta idealización del suelo fue propuesta originalmente por Arias y col (1981) para calcular presiones dinámicas en muros de retención. La solución de Veletsos y Younan es superior a la de Tajimi (1969), la cual se basa en la hipótesis de desplazamientos verticales nulos. Ambas soluciones, sin embargo, son aplicables a estructuras rígidas empotradas en su base. Para estas condiciones, las acciones del suelo resultan ser excesivamente grandes respecto a las que se tendrían en lumbreras flexibles flotantes. La flexibilidad de la estructura y la traslación-rotación de su base tienen como efecto una reducción notable de dichas acciones. Este efecto ha sido estudiado por Nicolau y col (2001) en pilas de grandes

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