Um problema principal na utilização de modelos de materiais não lineares são, muitas vezes, os parâmetros de materiais necessários para isso. Isto também se aplica ao modelo de material Hardening Soil modificado utilizado neste artigo. Este artigo técnico aborda a adaptação iterativa desses parâmetros por meio da comparação de dados de medição publicados e dos resultados da simulação FE. Este estudo é inspirado pela publicação de Bower et al. [1], que, por sua vez, se refere à publicação da descrição do modelo de material Hardening Soil original por Schanz et al. [2].
No entanto, ao contrário da publicação de Bower et al. [1], aqui não foi utilizada a geometria real do corpo de teste, mas sim um único elemento cúbico com aresta de um metro. Isso reduz significantemente o tempo de cálculo. Como os modelos de materiais são aplicados ao nível do elemento, parâmetros de materiais confiáveis devem ser determináveis na representação correta das condições reais de teste. A fixação foi aplicada nestes testes de elemento único nos pontos de canto e a carga foi aplicada por meio de deslocamentos impostos de linha. O add-on de Estados de Construção foi utilizado para a consideração correta dos estados anteriores. Nos três primeiros estados de construção, é determinado o equilíbrio para a estrutura não deformada para a inicialização das condições do teste. O primeiro estado de construção em ambos os modelos contém a ativação da geometria e das condições de contorno com propriedades de material linearizadas. Em seguida, ocorre a ativação das propriedades de material não lineares. Depois disso, a carga isotrópica pode ser aplicada, seguindo com a aplicação das cargas de teste, para as quais estão ativadas os apoios de linha deformados.
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A simulação do ensaio de material sob condições edométricas consiste em uma fixação dos nós na parte inferior e uma fixação, exceto na direção vertical, dos nós na parte superior. Foi aplicada apenas uma carga mínima de peso próprio, sem carga isotrópica. A carga foi aplicada, controlada por deformação, em nove etapas de carregamento e descarregamento alternado, até uma deformação máxima de 24 mm (correspondente a 24.0 ‰). Este carregamento cíclico foi realizado por meio de combinações de cargas crescentes, utilizando fatores de multiplicação parametrizados nas configurações de análise estrutural. A imagem a seguir mostra uma visão deste modelo com os parâmetros globais associados:
O recalculo do ensaio triaxial de material foi construído de forma semelhante. A fixação dos nós foi feita sem restrições adicionais, exceto para a prevenção de rotações. Além disso, uma carga isotrópica de 300 kN/m² foi aplicada para corresponder às condições do teste. A carga de teste foi aplicada por meio de um deslocamento imposto do topo, sem carregamento e descarregamento cíclico, até um deslocamento vertical máximo de 150 mm. A imagem a seguir mostra o modelo descrito.
Os modelos correspondentes podem ser baixados nos links a seguir:
- KB 1976 | Teste de um único elemento – Condições edométricas – Modelo de material do solo endurecido modificado
- KB 1976 | Teste de elemento único – Condições triaxiais – Modelo de material de solo endurecido modificado
O aspecto mais problemático aqui é a adaptação a duas curvas de teste. Para estabilidade numérica, foi considerada uma coesão mínima superior de 1,0 kPa para a simulação das condições triaxiais. A imagem a seguir mostra os parâmetros de material determinados para as condições edométricas para o modelo de material Hardening Soil modificado:
Para determinar estes valores, como mencionado no início, foi realizada uma comparação entre as curvas de teste publicadas e os resultados da simulação equivalente. Para isso, foram utilizados os diagramas de cálculo encadeados implementados no RFEM 6. Além de uma boa visão geral da evolução de resultados individuais, estes podem também ser exportados para o Excel na aba "Tabela". As imagens a seguir mostram os diagramas de cálculo determinados nesta investigação para o recalculo dos ensaios de material edométricos e triaxiais.
A discrepância entre os resultados da simulação e as curvas de teste de material pode agora ser determinada visualmente ou por métodos estatísticos. A imagem a seguir mostra os resultados obtidos aqui em comparação com os dados experimentais publicados. Como se pode observar, a concordância das condições edométricas até um nível médio de tensão (cerca de 100 kPa) é muito boa, enquanto o comportamento se torna então demasiado rígido. Os módulos de carga e descarga são demasiadamente baixos nos dois primeiros ciclos, enquanto que no último são demasiado altos. Comparando com o teste triaxial triplicado, nota-se que a rigidez inicial é demasiado baixa, seguindo-se uma curvatura demasiada. Isso indica um valor demasiado baixo para o endurecimento ao cisalhamento (CSH). Finalmente, o nível constante de tensão é atingido demasiado cedo e permanece abaixo das curvas experimentais (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1%). O coeficiente de correlação de Pearson, que pode ser visto como uma medida da dependência entre a curva de medição e de simulação, é, dependendo do método de interpolação para alocação dos valores medidos, 0,90, ou 0,94, para as condições edométricas e 0,88, ou 0,91, para o teste triaxial.
