Interacción continuo estructura en pilotes sometidos a esfuerzos laterales en el rango de deformaciones bajas a moderadas

Abstract

La modelación de problemas de interacción suelo-pilote debido a cargas laterales mediante métodos numéricos requiere la representación de dos sub-dominios: el suelo y el pilote. Con el objeto de optimizar el proceso de modelación, resulta atractiva la idea de representar el pilote mediante elementos de viga y el suelo mediante elementos de sólidos. En los últimos años se desarrolló el concepto de elementos finitos de vigas embebidos en sólidos, donde los elementos de vigas interactúan directamente con los elementos de sólidos circundantes. En los elementos embebidos desarrollados hasta el momento, esta interacción se establece exclusivamente en base a consideraciones puramente numéricas, sin contar con una formulación mecánica rigurosa del fenómeno de interacción. Como consecuencia, el modelo numérico conseguido no representa apropiadamente la física del problema de interacción, lo que resulta en que la solución sea dependiente de la malla y que no converja a las soluciones de referencia para estos problemas. Por ello, uno de los objetivos de este trabajo es formular un elemento de viga embebido en sólidos que considere estrictamente la superficie de interacción entre los dos sub-dominios. Por otro lado, la respuesta mecánica del pilote sometido a carga lateral en el rango de deformaciones laterales bajas a moderadas, está influenciada por el comportamiento no-lineal material del suelo en la zona cercana al pilote. Actualmente, uno de los métodos más empleados para estimar la respuesta lateral no-lineal del pilote, es el método de las curvas p - y, donde la interacción suelo-estructura se tiene en cuenta a través de curvas no-lineales, calibradas con ensayos a escala real, que representan la respuesta no-lineal de resortes discretos distribuidos en la longitud del pilote. En este trabajo se propone desarrollar y acoplar una interfaz no-lineal a los elementos de vigas embebidos propuestos, a fin de tener en cuenta el comportamiento plástico en las proximidades del pilote. Debido a la gran aceptación que tiene el método de las curvas p - y, se propone usar este tipo de curvas para la definición del comportamiento mecánico de esta interfaz. Como alternativa a la definición de la interfaz no-lineal en función de las curvas p - y, se plantea un modelo de interfaz directamente en el dominio tridimensional utilizando modelos constitutivos elasto-plásticos de sólidos. Finalmente, se valida el desempeño numérico del modelo que resulta de acoplar el elemento de viga embebido y las interfaces no-lineales propuestas y se presentan ejemplos de interacción suelo-estructura en donde el método aporta valiosos resultados.