Um principal problema no uso de modelos de materiais não lineares são frequentemente os parâmetros de material necessários para isso. Isso também se aplica ao modelo de material modificado Hardening Soil usado neste artigo. Este artigo técnico aborda a adaptação iterativa destes parâmetros através da comparação de dados de medição publicados e os resultados da simulação FE. Este estudo baseia-se na publicação de Bower et al. [1], que, por sua vez, refere-se à publicação da descrição do modelo de material original Hardening Soil por Schanz et al. [2].
Ao contrário da publicação de Bower et al. [1], aqui foi utilizado um elemento cúbico individual com um metro de aresta em vez da geometria real do corpo de prova. Dessa forma, o tempo de cálculo é consideravelmente reduzido. Como os modelos de material são aplicados em nível de elemento, devem ser determináveis parâmetros de material confiáveis para representar adequadamente as condições reais do teste. A sustentação foi aplicada nos vértices durante os testes de elemento único e a carga foi introduzida através de deslocamentos restritivos lineares. Para a consideração correta dos estados anteriores, foi utilizado o Add-On Estados de Construção. Nos três primeiros estados de construção, o equilíbrio para a estrutura não deformada é determinado para a inicialização das condições de teste. O primeiro estado de construção contém, para ambos os modelos, a ativação da geometria e das condições de fronteira com as propriedades de material linearizados. Em seguida, ocorre a ativação das propriedades não lineares do material. Posteriormente, eventualmente, aplica-se a carga isotrópica, e a seguir as cargas de teste, para as quais os apoios de linha deformados são ativados.
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A simulação do teste do material sob condições edométricas consiste em uma sustentação fixa dos nós na parte inferior e uma sustentação dos nós na parte superior fixa exceto na direção vertical. Foi aplicado apenas um peso próprio mínimo e nenhuma carga isotrópica. A aplicação da carga controlada por deformação foi realizada através de nove etapas de carregamento e descarregamento alternadas até uma deformação máxima de 24 mm (correspondendo a 24.0 ‰). Esta aplicação cíclica de carga foi realizada através de combinações de carga incrementais utilizando fatores de multiplicação parametrizados nas configurações de análise estrutural. A imagem a seguir mostra uma vista deste modelo com os parâmetros globais correspondentes:
O cálculo do teste de material triaxial foi configurado de forma semelhante. Os apoios dos nós foram realizados sem restrições e com obstrução rotacional. Além disso, uma carga isotrópica de 300 kN/m² foi aplicada para corresponder às condições de teste. A carga de teste foi aplicada através de um deslocamento forçado da parte superior, 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 mais problemático é a adaptação a duas curvas de teste. Portanto, para a estabilidade numérica, foi aplicada uma coesão mínima maior 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 modificado Hardening Soil:
Para determinar esses valores, conforme mencionado no início, foi realizada uma comparação das curvas de teste publicadas com os resultados de simulação equivalentes. Para isso, foram usados os diagramas de cálculo encadeados implementados no RFEM 6. Além de uma boa visão geral do desenvolvimento de resultados individuais, eles também podem ser exportados para Excel na guia "Tabela". As imagens a seguir mostram os diagramas de cálculo determinados durante este estudo para o recálculo dos testes de material edométricos e triaxiais.
A discrepância entre os resultados das simulações e as curvas de teste dos materiais pode ser aferida visualmente ou por métodos estatísticos. A imagem a seguir mostra os resultados obtidos aqui em comparação com os dados experimentais publicados. Como pode ser visto, a correspondência das condições edométricas até um nível de tensão médio (cerca de 100 kPa) é muito boa, enquanto o comportamento subsequente é muito rígido. Os módulos de carregamento e descarregamento nos dois primeiros ciclos são muito baixos, enquanto no último são muito altos. Na comparação com o teste triaxial repetido três vezes, observa-se que a rigidez inicial é muito baixa e isso é seguido por uma curvatura muito acentuada. Isso indica um valor muito baixo para a consolidação de cisalhamento (CSH). Finalmente, o nível constante de tensão é atingido muito cedo e permanece mais baixo do que nas curvas experimentais (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1%). O coeficiente de correlação de Pearson, que pode ser visto como uma medida da dependência da curva de medição e da simulação, é de 0,90, respectivamente 0,94 para as condições edométricas e 0,88, respectivamente 0,91 para o teste triaxial, dependendo do método de interpolação para a atribuição dos dados de medição.
