Overview of the Constitutive Model and Numerical Calibration by FEM to Compute Bearing Capacity and Embankment-Core Deformability

Una mirada a los modelos constitutivos y la calibración numérica mediante MEF para calcular la capacidad de carga y la deformabilidad del núcleo del terraplén

La modelización numérica es una potente herramienta para determinar las relaciones tensión-deformación de las estructuras. Sin embargo, para una aplicación fiable, los modelos físicos y matemáticos deben calibrarse y validarse. Este artículo presenta una visión general de la calibración numérica mediante el método de los elementos finitos y ensayos de carga con placas en un terraplén. Además, se realiza un análisis de los modelos constitutivos utilizados en suelos, y se selecciona el modelo constitutivo elástico-plástico de Mohr-Coulomb por ser el más adecuado para este estudio. Se utilizan los resultados de tres áreas de prueba dentro de un proyecto de refinería que el gobierno cubano emprendió en la provincia de Cienfuegos. El modelo numérico utilizado en este estudio se calibró mediante la teoría del error y las pruebas de hipótesis no paramétricas de la U de Mann-Whitney. Desde el punto de vista práctico, este estudio aporta dos procedimientos para calibrar el modelo numérico con los resultados experimentales.

INTRODUCCIÓN

Para determinar los estados tensión-deformación generados dentro de los terraplenes debido a las cargas aplicadas y la gravedad, los investigadores han desarrollado métodos analíticos y empíricos ( Lamas et al., 2011 ; Standing et al., 2020 ) que permiten el diseño y la ejecución del proyecto dentro del parámetros admisibles de durabilidad y deformabilidad. Además, se han utilizado técnicas de modelización para desarrollar modelos constitutivos ( Feng et al., 2020 ; Jiang et al., 2020 ; Li et al., 2021) .). Hasta el momento, en Cuba no se dispone de estudios, ni teóricos ni experimentales, sobre regulaciones y normas de construcción en diferentes condiciones climáticas y de tránsito relativas al comportamiento de taludes, como el diseño y construcción de los terraplenes en una carretera.

Los niveles de resistencia y densidad que se deben alcanzar actualmente están definidos mediante métodos empíricos por las normas cubanas vigentes ( NC-11, 2005 ). Esto limita principalmente el diseño de terraplenes de gran altura porque las cargas actuantes superan la tensión máxima permitida. Así, surge la necesidad de concebir y construir un modelo numérico que simule, con error admisible, el comportamiento tensión-deformación de estos fundamentos de terraplenes en proyectos de carreteras. Además, esto contribuye a mejorar los estándares oficiales actuales de diseño y construcción.