Modelaje de interacción suelo-cimentación-estructura
Referencia
El trabajo que se presenta ha sido preparado por personal del Bengal Engineering College, Universidad de Deemed, West Bengal, India.
Sekhar Chandra Dutta, Rana Roy. A critical review on idealization and modeling for interaction among soil-foundation-structure system. Computer & Structures. Published by Elsevier Science Ltd. 2002.
La interacción de la estructura con su cimentación y con el suelo debajo de ésta, altera considerablemente el comportamiento obtenido por sólo considerar la estructura. Ello sustenta la necesidad de un modelo de validez computacional. En el estudio se revisan los distintos modelos formulados al respecto. El énfasis de la investigación está dirigido al modelaje del suelo en distintas presentaciones, señalándose sus fortalezas y desventajas.
Introducción
Cada componente de un sistema es interdependiente con los otros que lo integran, como es el caso de la figura en donde el suelo debajo de la columna central tiende a asentarse más. Ello obliga a un análisis interactivo. Estructura – cimentación – suelo, constituyen en conjunto un sistema. La redistribución de cargas depende de la rigidez de la estructura, y los asentamientos de las características del suelo. En el estudio se escudriñan las diferentes aproximaciones al modelaje del sistema.
La interacción suelo – estructura bajo cargas estáticas ha sido estudiada vía modelos bidimensionales, dejando inquietudes sobre el comportamiento tridimensional.
Bajo cargas dinámicas, se asume generalmente que la estructura está fija en sus bases. De considerarse flexibilidad en el soporte, se reduce la rigidez total de la estructura y se incrementa el periodo del sistema, lo cual puede alterar la respuesta sísmica de la estructura. Además, el suelo introduce amortiguamiento por sus propias características. La relación entre los periodos de vibración de la estructura y aquel del suelo, es igualmente importante.
El modelaje entre la superestructura y la cimentación es menos complejo que con el suelo. Este medio posee características complejas (es heterogéneo, anisotrópico y no lineal en su relación fuerza – desplazamiento). La presencia de humedad incrementa esta complejidad.
Idealización de la estructura
Edificaciones
En general, los marcos de una superestructura pueden idealizarse con vigas y nodos. Los muros, como cargas sobre las vigas. Se usan placas para representar a las losas. Sin embargo, bajo cargas laterales, los muros incrementan la rigidez lateral de la estructura. Bajo algunos ciclos, la rigidez y la resistencia de los elementos de concreto pueden degradarse, demandando en este caso el modelaje un comportamiento de histéresis.
Tanque elevado
Puede ser modelado bajo cargas estáticas con elementos finitos. Bajo una excitación lateral como en el caso de un sismo, la porción más alta del agua continúa vibrando con un periodo generalmente mayor a aquel del contenedor y el resto del tanque, mientras que el resto del agua se mueve con el contenedor. Así, el sistema llega a ser representado por un modelo con dos masas.
Sin embargo, bajo una vibración torsional del tanque, casi toda el agua vibra con un periodo mucho mayor que el periodo torsional de la estructura.
Modelos de suelos. Otros modelos mejorados. Mejoras en el modelo continuo. Modelos avanzados. Modelo suelo estructura.