Análisis de interacción dinámica suelo-estructura ante la incidencia de ondas de Rayleigh

Abstract

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. Para zonas distantes del epicentro esta simplificación dista de la realidad ya que la mayor parte de la energía sísmica arriba al sitio en forma de 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. Por este motivo se propone 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 permite incluir no-linealidades en el análisis. La verificación del método propuesto se hace comparando la solución analítica de la onda de Rayleigh con los resultados de un modelo de elementos finitos lineal de campo libre sometido al paso de dicha onda superficial.

The engineering practice of earthquake resistant design often relies on the assumption that the incident wave pattern consists in vertically propagating SH and P body waves. For structures at considerable distances from the epicenter, this simplification may not be applicable, since most of the seismic energy arrives at the site in the form of surface waves. Nevertheless, most commercial finite element codes still do not provide adequate tools in order to model these types of waves as input and far field radiation. For this reason, this paper proposes a technique that is able to account for incident waves input by means of the Domain Reduction Method (DRM), whereas the outgoing waves are represented by means of absorbing boundaries of Perfectly Matched Layers (PML). This combination allows the definition of a dynamic soil-structure interaction analysis subjected to any type of incoming waves in the time domain, as well as material non-linearities in the analysis. The verification of the proposed method is carried out by comparing the analytical solution of the Rayleigh wave with the results of a free-field linear finite element model subjected to the passage of such waves.