Análisis numérico de problemas geotécnicos empleando diferentes modelos constitutivos para suelos granulares mediante el método de elementos finitos

Abstract

A lo largo de los últimos años, las herramientas numéricas han adquirido gran popularidad debido a que son capaces de solucionar problemas complejos con mayor rapidez y facilidad que otras herramientas menos sofisticadas. Debido a esto, el usuario debe poseer los conocimientos necesarios para comprender los principales aspectos relacionados al modelamiento numérico. El modelo constitutivo es un componente vital del modelamiento numérico de problemas geotécnicos porque este es el responsable de determinar la calidad de los resultados obtenidos. El suelo presenta un comportamiento complejo y existe una amplia variedad de modelos constitutivos, por ello, la selección del modelo debe enfocarse en describir el problema en estudio de la forma más real posible. La presente tesis se enfoca en el estudio y aplicación de los modelos constitutivos Elástico Lineal, Mohr-Coulomb, Hardening Soil y HS-Small. Cada uno de los modelos mencionados es capaz de reproducir el comportamiento del suelo con diferente grado de exactitud, por lo que esta investigación tiene como objetivo principal analizar y comparar la influencia que los modelos constitutivos ejercen en los resultados de problemas geotécnicos típicos. Como parte del desarrollo de la investigación se describen los fundamentos del comportamiento del suelo, la mecánica de medios continuos y los modelos constitutivos. Posterior a ello, se realizó la determinación de parámetros de los materiales más representativos mediante el proceso de calibración. Los modelos constitutivos estudiados fueron aplicados para el análisis del comportamiento de materiales granulares representativos de diferentes compacidades en dos problemas típicos utilizando el método de elementos finitos a través del programa PLAXIS 2D. Finalmente, se llevó a cabo el análisis comparativo de los resultados al utilizar cada uno de los correspondientes modelos.

Over the last years, numerical tools have become increasingly popular because they are able to solve complex problems more quickly and easily than other less sophisticated tools. Due to this, the user should possess the necessary knowledge to understand the main aspects related to numerical modeling. The constitutive model is a vital component of the numerical modeling of geotechnical problems because this is responsible for determining the quality of the obtained results. The soil presents a complex behavior and there is a wide variety of constitutive models, therefore, the model selection should focus on describing the problem in the most real way. This thesis is focused on the study and application of Linear Elastic, Mohr- Coulomb, Hardening Soil and HS-Small constitutive models. Each one of the mentioned models is able to reproduce the behavior of the soil with different degrees of accuracy, so that, this research has as its main objective to analyze and compare the influence of the constitutive models on the solution of typical geotechnical problems. The fundamentals of soil behavior, mechanics of continuous media and constitutive models are described as part of the research development. After that, the determination of parameters of the most representative materials was carried out through the calibration process. The reviewed constitutive models were applied to analyze the behavior of representative granular materials of different densities in two typical problems using the finite element method through PLAXIS 2D software. Finally, a comparative analysis of the results using each one of the corresponding models was carried out.