Material damping in a stratified soil deposit

Amortiguamiento material en depósitos de suelo estratificados

Debido al frecuente uso de análisis unidimensionales con el método lineal equivalente, para determinar la respuesta en campo libre de un depósito de suelo no lineal, se consideran de gran valor práctico los análisis numéricos dinámicos capaces de reproducir una respuesta análoga a los códigos lineales equivalentes, particularmente en problemas de interacción dinámica suelo-estructura. Una alternativa atractiva, en problemas que no están cerca de una condición de rotura, es el asumir un comportamiento elástico lineal del suelo, pero con parámetros de rigidez derivados de análisis unidimensionales con el método lineal equivalente, i.e. consistentes con el nivel de deformación inducido por el movimiento de entrada. En este enfoque, la disipación de energía debe incorporarse artificialmente a través de formulaciones de amortiguamiento material. En este trabajo se evaluaron las formulaciones de amortiguamiento local, de Rayleigh e histérico en FLAC, con el fin de emular los resultados de un análisis unidimensional con el método lineal equivalente. La principal característica de los análisis es que estos consideran un sitio con un depósito de suelo notablemente estratificado, en el que el perfil de velocidad de ondas de corte muestra variaciones significativas, y en donde la selección de algunos parámetros en las formulaciones de amortiguamiento no es una tarea trivial. Los resultados proporcionan información relevante respecto al comportamiento de las formulaciones de amortiguamiento adoptadas y respecto a la selección de los parámetros para reproducir los resultados de análisis lineales equivalentes.

1. Introducción

Los análisis de propagación unidimensional de ondas de cizalladura, utilizando el método lineal equivalente (Seed & Idriss, 1969), se han empleado ampliamente para determinar la respuesta en campo libre de depósitos de suelo no lineales (Martin & Seed, 1982; Seed et al., 1988; Phanikanth et al., 2011). Los parámetros de entrada se conocen bien e incorporan el resultado de diversas pruebas in situ y de laboratorio para la caracterización dinámica de los suelos. La rigidez inicial a pequeñas deformaciones suele determinarse a partir de las velocidades de onda obtenidas, por ejemplo, con ensayos geofísicos in situ, o en el laboratorio con elementos dobladores (Clayton, 2011). A continuación, se incorpora el comportamiento no lineal a través del método lineal equivalente mediante la reducción iterativa de la rigidez y el aumento de la relación crítica de amortiguamiento en función de las deformaciones máximas alcanzadas en cada iteración, según unos datos dados de degradación del módulo y amortiguamiento. Estos últimos se obtienen en el laboratorio mediante ensayos como el de la columna resonante, el triaxial cíclico o el cizallamiento simple cíclico (Seed & Idriss, 1970; Vucetic & Dobry, 1988; Okur & Ansal, 2007). Este tipo de análisis proporciona un enfoque robusto para evaluar los efectos del emplazamiento sísmico (Martin & Seed, 1982), con resultados similares a los análisis no lineales en el dominio del tiempo (Borja et al., 1999; Kaklamanos et al., 2015).