Un problema principal al utilizar modelos de material no lineales suelen ser a menudo los parámetros de material necesarios para ello. Esto también es válido para el modelo de material modificado Hardening Soil utilizado en este artículo. Este artículo técnico aborda la adaptación iterativa de estos parámetros mediante la comparación de datos de mediciones publicados y los resultados de la simulación FE. Esta investigación está inspirada en la publicación de Bower et al. [1], que a su vez se refiere a la publicación de la descripción del modelo original de Hardening Soil por Schanz et al. [2].
Sin embargo, a diferencia de la publicación de Bower et al. [1], aquí no se utilizó la geometría real del cuerpo de prueba, sino un único elemento cúbico con un lado de un metro. Esto acorta considerablemente el tiempo de cálculo. Dado que los modelos de material se aplican a nivel de elemento, deberían poder determinarse parámetros de material fiables si se representan correctamente las condiciones reales de prueba. En estas pruebas de elementos individuales, el apoyo se aplicó en los vértices y la introducción de la carga se realizó mediante desplazamientos por restricción lineal. Para considerar adecuadamente los estados previos, se utilizó el complemento Estados de Construcción. En los tres primeros estados de construcción, se determina el equilibrio de la estructura no deformada para la inicialización de las condiciones de prueba. En el primer estado de construcción, se incluye en ambos modelos la activación de la geometría y las condiciones de contorno con propiedades de material linealizadas. Posteriormente se activa las propiedades de material no lineales. Luego, si es necesario, se aplica la carga isotrópica, seguida de la inserción de las cargas de prueba, para las cuales se activan los apoyos lineales sujetos a deformación.
- Manual en línea de Análisis geotécnico para RFEM 6
- Manual en línea de Análisis de fases de construcción (CSA) para RFEM 6
- Manuales en línea Configuración del análisis estático
- Manual de RFEM 6 | Estructura | Objetos especiales | Modificaciones estructurales
La simulación de la prueba de material bajo condiciones edométricas consiste en un apoyo fijo de los nodos en la parte inferior y un apoyo de los nodos en la parte superior fijado en todas las direcciones excepto la vertical. Se aplicó solo un peso propio mínimo y ninguna carga isotrópica. La aplicación de la carga controlada por deformación se realizó a través de nueve etapas de carga y descarga alterna hasta una deformación máxima de 24 mm (equivalente a 24,0 ‰). Esta aplicación de carga cíclica se llevó a cabo mediante combinaciones de carga progresivas utilizando factores de multiplicación parametrizados en la configuración de análisis estático. La imagen siguiente muestra una vista de este modelo con los parámetros globales asociados:
La simulación de la prueba material triaxial se estructuró de manera similar. El apoyo de los nodos se realizó sin restricciones con impedimento de rotación. Además, para corresponder a las condiciones de prueba, se aplicó una carga isotrópica de 300 kN/m². La aplicación de la carga de prueba se realizó mediante un desplazamiento forzado de la parte superior, sin carga y descarga cíclica, hasta un desplazamiento vertical máximo de 150 mm. La siguiente imagen muestra el modelo descrito.
Los modelos correspondientes se pueden descargar en los siguientes enlaces:
- KB 1976 | Prueba de elementos individuales – Condiciones edométricas – Modelo de material del suelo endurecido modificado
- KB 1976 | Prueba de elemento simple - Condiciones triaxiales - Modelo de material del suelo de endurecimiento modificado
Lo más problemático aquí es la adaptación a dos curvas de prueba. Por lo tanto, para la estabilidad numérica se estableció una cohesión mínima más alta de 1,0 kPa para la simulación de las condiciones triaxiales. La imagen siguiente muestra los parámetros de material determinados de las condiciones edométricas para el modelo modificado Hardening Soil:
Para determinar estos valores, como se mencionó al principio, se realizó una comparación de las curvas de prueba publicadas con los resultados de simulación equivalentes. Para ello, se utilizaron los diagramas de cálculo encadenados implementados en RFEM 6. Además de proporcionar una buena visión general del desarrollo de resultados individuales, estos también se pueden exportar a Excel en la pestaña "Tabla". Las imágenes siguientes muestran los diagramas de cálculo determinados en esta investigación para el recalculo de las pruebas materiales edométricas y triaxiales.
La desviación entre los resultados de la simulación y las curvas de prueba del material puede evaluarse ahora visualmente o mediante métodos estadísticos. La imagen siguiente muestra los resultados obtenidos aquí en comparación con los datos experimentales publicados. Como se puede ver, la concordancia de las condiciones edométricas hasta un nivel de tensión medio (alrededor de 100 kPa) es muy buena, mientras que luego el comportamiento es demasiado rígido. Los módulos de carga y descarga son demasiado bajos en los dos primeros ciclos, mientras que en el último es demasiado alto. En la comparación con la prueba triaxial repetida tres veces, se observa que la rigidez inicial es demasiado baja y luego sigue una curvatura demasiado pronunciada. Esto indica un valor demasiado bajo para la consolidación por cizallamiento (CSH). Finalmente, el nivel de tensión constante se alcanza demasiado pronto y se mantiene más bajo que en las curvas experimentales (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). El coeficiente de correlación de Pearson, que se puede considerar como una medida de la dependencia entre la curva de medición y la de simulación, es, dependiendo del método de interpolación para la asignación de valores medidos, 0,90, respectivamente 0,94 para las condiciones edométricas y 0,88, respectivamente 0,91 para la prueba triaxial.
