Identificación no lineal de movimientos sísmicos en el lecho rocoso ingenieril a partir de registros tomados en la superficie

Abstract

En ingeniería sísmica, los registros disponibles suelen ser superficiales y, en consecuencia, los movimientos en las capas inferiores deben ser estimados conociendo el perfil estratigráfico del terreno; estos movimientos son relevantes para proyecto sismorresistente de estructuras con partes enterradas, terrenos irregulares, e interacción suelo-estructura. Si el comportamiento del suelo es lineal, la citada estimación es una deconvolución lineal equivalente; sin embargo, en situaciones reales, especialmente para sismos severos, dicho comportamiento es no lineal y es necesario utilizar procedimientos más sofisticados. En este sentido, este trabajo presenta un algoritmo para estimar, a partir de registros sísmicos superficiales, el movimiento de las capas inferiores del suelo. En el algoritmo propuesto, el citado comportamiento no lineal del terreno se representa mediante un modelo de Masing modificado, en el que la rigidez y el amortiguamiento dependen de la deformación transversal. El dominio a analizar se discretiza en capas; las correspondientes ecuaciones del movimiento se resuelven en tiempo discreto mediante el método de Newmark. Dado que el problema numérico a resolver esta´ mal condicionado numéricamente, se utiliza un filtro de Kalman para estimar la solución.

In earthquake engineering, only ground surface records are usually available, and the lower layers motions must be estimated by knowing the stratigraphic profile. This is relevant in earthquake-resistant design of structures with underground parts, irregular soils, and soil-structure interaction. If the soil behavior is linear, the aforementioned estimation is an equivalent linear deconvolution; however, in actual situations, especially for severe earthquakes, this behavior is non-linear, and, thus, more sophisticated procedures are required. This paper presents an algorithm to estimate, after superficial records, the motion of the lower layers. The aforementioned soil non-linear behavior is represented by a modified Masing model, in which rigidity and damping depend on the transverse deformation. The domain to be analyzed is discretized in layers; the ensuing equations of motion are solved in discrete time by the Newmark method. Given that this problem is ill- conditioned, a UKF (Unscented Kalman Filter) is utilized to estimate the solution.