Estudio de la propagación de vibraciones en el terreno utilizando el método de los elementos finitos

Abstract

Qualsevol sòl o estructura es sotmesa a càrregues dinàmiques, ja que no només els terratrèmols són una força dinàmica, sinó que altres càrregues com el vent, el funcionament d’una màquina o el pas d’un tren produeixen ones de vibració harmòniques. La resposta del sòl a aquesta condició de càrrega pot variar en funció de les propietats d’aquest i del seu estat. El càlcul de la transmissió de vibracions en el terreny i del efecte que produeixen sobre les estructures és difícil de trobar, ja que fins ara s’han estat utilitzant mètodes semi-empírics que molt difícilment poden tenir en compte aspectes com la presència d’estructures enterrades o la no linealitat en el comportament del terra. Es per tot això que en el present document es tracta d’analitzar com es produeix la transmissió de vibracions en el terreny utilitzant un programa d’elements finits, Plaxis. Per fer-ho s’analitza el cas d’una estructura senzilla, en aquest cas una cimentació circular sotmesa a una càrrega repartida vertical vibratòria harmònica, i es compara la solució teòrica amb la solució obtinguda mitjançant l’ús del programa Plaxis. La parametrització del problema utilitzant com variables característiques l’esmorteïment i la rigidesa del sòl i la freqüència de la càrrega permet obtenir la solució de diferents casos i veure quines són les situacions més crítiques.

Any soil or structure is subjected to dynamic loads, not only because of earthquakes’ dynamic forces, but other loads such as wind, the functioning of a machine or the passage of a train produce harmonic vibration waves. The answer of the soil to those loads may vary depending on its properties and state. The calculation of the transmission of vibrations in the ground and the effect they produce on structures is difficult to find, as until now have been using semi-empirical methods which cannot consider aspects such as the presence of buried structures or the non-linear behaviour of the soil. This is why on this document we try to analyse how the waves do transfer through the ground by using a finite element program, Plaxis. To make that, we focus on a simple structure, in this case a circular foundation subjected to a distributed vertical harmonic vibratory load, and we compare the theoretical solution to the result obtained by using Plaxis. The parameterization of the problem considering variables such as the damping and stiffness of the soil and the frequency of the load allows to solve different cases and to identify the most critical situations.