El diseño de estructuras como presas, túneles y terraplenes para resistir cargas transitorias provenientes de fuentes como terremotos, trenes de alta velocidad y explosiones requiere un análisis sólido de la interacción dinámica suelo-estructura (SSI).Los métodos tradicionales a menudo no logran manejar condiciones de contorno complejas y respuestas dinámicas.

La demanda de soluciones SSI precisas está creciendo, especialmente teniendo en cuenta el impacto de las condiciones locales del suelo en las características del movimiento sísmico.Debido a estos desafíos, es necesario realizar una investigación en profundidad sobre métodos numéricos avanzados para mejorar la precisión y confiabilidad del análisis SSI.

Investigadores de la Universidad de Kyoto han introducido un procedimiento de elementos finitos espacio-tiempo basado en la velocidad en elRevista internacional de dinámica de sistemas mecánicos.Publicado el 4 de junio de 2024,el estudiopresenta un enfoque metódico para truncar dominios de suelo ilimitados y modelar el flujo de energía durante actividades sísmicas, ofreciendo un importante avance en el análisis dinámico de SSI.

El estudio introduce un método de elementos finitos espacio-temporales (v-ST/FEM) basado en la velocidad para abordar problemas dinámicos de SSI.Este método innovador incorpora condiciones de contorno viscosas basadas en el modelo de Lysmer-Kuhlemeyer, truncando efectivamente el dominio ilimitado del suelo para evitar reflexiones espurias.

El método v-ST/FEM simula con precisión el movimiento de entrada sísmico como un vector de fuerza nodal efectivo ensimulaciones numéricas, asegurandoflujo de energíadel campo lejano al dominio computacional.

Los investigadores validaron este enfoque comparando la respuesta sísmica de una presa de gravedad de hormigón en un semiespacio elástico con los resultados del método de elementos finitos semidiscretos (FEM) utilizando el método de Newmark-β.El método v-ST/FEM demostró una precisión y estabilidad superiores en simulaciones de movimiento sísmico de larga duración, lo que lo convierte en una herramienta confiable para futuros análisis SSI y mejora la predicción del desempeño sísmico de diversas estructuras.

El Dr. Vikas Sharma, autor principal del estudio, afirma: "Nuestro enfoque v-ST/FEM ofrece un método más preciso y computacionalmente eficiente para problemas dinámicos de interacción suelo-estructura. Este avance es crucial para desarrollar infraestructura que pueda resistir mejor lasfuerzas de la naturaleza, salvaguardando en última instancia vidas y propiedades".

La aplicación de esta investigación es de gran alcance, particularmente para el diseño y evaluación de estructuras de tierra como presas y terraplenes en zonas sísmicas.Al proporcionar una predicción más precisa de la amplificación sísmica del suelo, el v-ST/FEM puede contribuir a la creación de infraestructuras más seguras y resilientes, salvando potencialmente vidas y reduciendo el impacto económico de los terremotos.

Más información:Vikas Sharma et al, Método de elementos finitos espacio-tiempo con técnicas de reducción de dominio para problemas dinámicos de interacción suelo-estructura,Revista internacional de dinámica de sistemas mecánicos(2024).DOI: 10.1002/msd2.12106

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