Un problema principal al utilizar modelos de material no lineales son a menudo los parámetros de material necesarios para ello. Esto también se aplica al modelo de material Hardening Soil modificado utilizado en este artículo. Este artículo técnico aborda la adaptación iterativa de estos parámetros mediante la comparación de datos de medición publicados y los resultados de la simulación FE. Este estudio se basa en la publicación de Bower et al. [1], que a su vez se refiere a la publicación de la descripción del modelo de material Hardening Soil original por Schanz et al. [2].
Sin embargo, en lugar de utilizar la geometría real del cuerpo de prueba como en la publicación de Bower et al. [1], se utilizó aquí un único elemento cúbico con una longitud de arista de un metro. Esto reduce considerablemente el tiempo de cálculo. Como los modelos de material se aplican a nivel de elemento, deberían ser determinables parámetros de material fiables al reproducir correctamente las condiciones reales del ensayo. El apoyo se aplicó en estos ensayos de elementos individuales en los puntos de esquina y la carga se introdujo mediante desplazamientos lineales restringidos. Para considerar correctamente los estados anteriores, se utilizó el complemento Secuencias Constructivas. En los primeros tres estados constructivos se determina el equilibrio para la estructura no deformada para la inicialización de las condiciones de prueba. El primer estado constructivo incluye en ambos modelos la activación de la geometría y las condiciones de contorno con propiedades de material linealizadas. Posteriormente, se activan las propiedades de material no lineales. A continuación, se aplica, si es necesario, la carga isotrópica, para lo cual se activan los apoyos lineales restringidos para las cargas de prueba.
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- Manual en línea de Análisis de fases de construcción (CSA) para RFEM 6
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- 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 nudos en la parte inferior y un apoyo de los nudos en la parte superior fijado en todas las direcciones menos en la vertical. Solo se aplicó un peso propio mínimo y ninguna carga isotrópica. La aplicación de la carga controlada por deformación se realizó en nueve etapas de carga y descarga alternadas hasta una deformación máxima de 24 mm (equivalente al 24.0 ‰). Esta aplicación de carga cíclica se realizó mediante combinaciones de carga ascendentes utilizando factores de multiplicación parametrizados en las configuraciones de análisis estático. La siguiente imagen muestra una vista de este modelo con los parámetros globales correspondientes:
El reajuste de la prueba de material triaxial se estructuró de manera similar. El apoyo de los nudos se realizó sin restricciones con impedimento de rotación. Además, se aplicó una carga isotrópica de 300 kN/m² para corresponder a las condiciones de prueba. La aplicación de la carga de prueba se realizó mediante un desplazamiento forzado de la parte superior, sin carga y descarga cíclicas, hasta un desplazamiento vertical máximo de 150 mm. En la siguiente imagen se 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
El problema más crítico aquí es la adaptación a dos curvas de prueba. Por lo tanto, para la estabilidad numérica, se fijó una cohesión mínima más alta de 1,0 kPa para la simulación de las condiciones triaxiales. La siguiente imagen muestra los parámetros de material determinados para las condiciones edométricas para el modelo de material Hardening Soil modificado:
Para determinar estos valores, como se mencionó al principio, se realizó una comparación entre las curvas de prueba publicadas y los resultados de simulación equivalentes. Para ello, se utilizaron los diagramas de cálculo encadenados implementados en RFEM 6. Además de proporcionar una buena vista general del desarrollo de resultados individuales, estos pueden exportarse a Excel en la pestaña "Tabla". Las siguientes imágenes muestran los diagramas de cálculo determinados en este estudio para el reajuste de las pruebas de material edométricas y triaxiales.
La desviación entre los resultados de la simulación y las curvas de prueba de material puede realizarse ahora ópticamente o mediante procedimientos estadísticos. La siguiente imagen muestra los resultados obtenidos aquí en comparación con los datos experimentales publicados. Como se puede ver, la coincidencia de las condiciones edométricas hasta un nivel de tensión intermedio (alrededor de 100 kPa) es muy buena, mientras que el comportamiento posterior 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 le sigue una curvatura demasiado pronunciada. Esto indica un valor demasiado bajo para la consolidación por esfuerzo cortante (CSH). Finalmente, el nivel constante de tensión se alcanza demasiado pronto y permanece más bajo que en las curvas experimentales (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). El coeficiente de correlación de Pearson, que puede considerarse una medida de la dependencia de la curva de medición y la de simulación, es, dependiendo del método de interpolación para la asignación de mediciones, 0,90, o 0,94 para las condiciones edométricas y 0,88, o 0,91 para la prueba triaxial.
