Calibración de modelos de elementos finitos de muros de adobe por optimización

Using optimisation for calibrating finite element models for adobe walls

Este trabajo presenta una propuesta de aplicación de esquemas de optimización a la calibración de modelos lineales y no lineales 3D de elementos finitos en el análisis estructural de muros de adobe. El desarrollo del proceso de calibración parte de los datos de laboratorio 3 y de investigaciones previas 4. El proceso de simulación y calibración comprende un estudio profundo del modelo conceptual del comportamiento estructural del adobe, modelo matemático y numérico y la interrelación con esquemas de optimización que son planteados a través de la minimización de una función objetivo. Esta se define en términos de las variables de diseño y se restringe con los valores de las variables de estado. Ambas, son obtenidas del modelo de elementos finitos desarrollado en Ansys. El esquema de optimización con el que se realiza la calibración automatizada del modelo requiere de la programación de una macro con el lenguaje APDL del paquete. Con esta investigación se pretende avanzar en la implementación de modelos computacionales no lineales para el análisis estructural de muros basados en datos experimentales, que permita disponer de una herramienta para evaluar el comportamiento de muros de adobe con mayor seguridad con el fin de tomar decisiones de rehabilitación estructural viables y eficientes.

Introducción

El adobe es un material complejo, que por su comportamiento tensodeformacional requiere de modelos constitutivos avanzados (Blondet et ál., 2002;  Houben  y  Guillaud,  2004)).  Estos  modelos  se definen a través de parámetros idealizados que deben ser ajustados o calibrados por optimización para reproducir de la manera más cercana posible el comportamiento del material ante cargas reales. La calibración de modelos numéricos de estructuras en general es muy importante si se desea obtener un orden aceptable de confiabilidad en los resultados arrojados por un modelo computacional (Rodríguez y Pallares, 2003; 2004). De esta manera, todo el proceso que involucra la calibración está justificado en el hecho de que las estructuras están sometidas a múltiples tipos y escenarios de carga, sobre los que se debe tener seguridad en el grado de correspondencia entre el comportamiento real y el simulado. Para lograr este grado de equivalencia se realizan pruebas de carga controlada sobre la estructura, donde se monitorean como mínimo las variables fundamentales del problema como la magnitud y posición de las cargas, desplazamientos o fuerzas internas, longitudes y secciones de elementos, y las características mecánicas de los materiales de la estructura medidas en laboratorio (Oller, 2002). El objetivo particular de la calibración, es el de optimizar la eficiencia del modelo de elementos finitos en cuanto a la predicción de desplazamientos e indirectamente obtener resultados lo más cercanamente posibles a la realidad, aunque intrínsicamente todo modelo posee hipótesis y aproximaciones que son ineludibles y que marcan una restricción entre la coincidencia de lo real y lo modelado (Bathe, 1982; Zienkiewiz y Taylor, 1994).