Suelo Blando

Se espera que el modelo de suelo blando, originalmente propuesto en [1], encuentre su aplicación en el modelado de suelos considerablemente blandos con un alto grado de compresibilidad, para el cual la aplicación del modelo de endurecimiento del suelo puede resultar inadecuado. De manera similar al Modelo de Suelo Endurecido, el Modelo de Suelo Blando está representado por dos superficies de rendimiento. La superficie del rendimiento de corte se basa en el criterio de falla de Matsuoka-Nakai y la tapa de compresión se formula aquí sobre la base del Modelo Cam Clay Generalizado. Sus proyecciones en el plano desviador son curvas convexas suavizadas que pasan a través de los vértices del modelo Mohr-Coulomb. Se proporciona una representación gráfica en la siguiente figura.

Se proporciona una representación gráfica en la siguiente figura.

a) Surface de rendimiento en el espacio principal de estrés, b) Proyección en planos desviatóricos y c) meridianos

A diferencia del modelo generalizado Cam Clay, la pendiente de la línea de estado crítica M se define en términos del coeficiente de presión de tierra lateral en reposo para suelos normalmente consolidados K₀^N y parámetros de rigidez κ^*, λ^*

Más detalles sobre los parámetros κ^*, λ^* se proporcionan en la descripción del modelo Cam Clay modificado. La razón de esta definición particular es el hecho de que, por ejemplo, el valor del parámetro M que en el modelo Cam Clay modificado proporciona una resistencia de corte correcta puede sugerir el valor de K₀^NC superando considerablemente el valor proporcionado por la fórmula Jaky para un valor dado del ángulo de fricción interna φ. Se pueden encontrar más detalles en [1].

Se supone que la superficie del rendimiento de corte cumple con el comportamiento proporcionado por el modelo de material elástico perfectamente plástico. Por otro lado, la tapa de compresión puede, a diferencia del Cam Clay modificado, solo endurecerse. En otras palabras, la presión de preconsolidación p_c que impulsa la evolución de la tapa de compresión solo puede aumentar, consulte también la descripción del Cam Clay Modificado. Tal limitación impone ciertas restricciones a la selección de los parámetros del modelo, particularmente en el valor del ángulo de fricción interna φ. Esto requiere que se cumpla la siguiente condición

Esta condición debe satisfacerse incluso si

Una relación gráfica entre la superficie de fluencia por corte y la tapa de compresión se ilustran en la siguiente figura para dos valores diferentes de K₀^NC y varios valores del ángulo de fricción interna φ para valores fijos de parámetros κ^*, λ^*, ν. Está claro que para la combinación de M(K₀^NC = 0.6) = 0.774 y φ = 40° las condiciones anteriores no se cumplen ya que para la primera condición obtenemos φ_max = 33.2° < φ = 40°, mientras que la segunda condición incluso requiere φ_max = 32.8°, vea la variante verde en la figura (b).

Porque las proyecciones de ambas superficies de fluencia en el plano meridiano dependen del ánglulo Lode Presentamos estas cifras para el caso de compresión triaxial. Los detalles sobre la predicción del ablandamiento por el modelo Cam-clay generalizado se pueden encontrar en la descripción del modelo; consulte también la comparación de las predicciones proporcionadas por los modelos Cam-clay modificado y Cam-clay generalizado disponibles aquí. Se pueden encontrar más detalles en el manual teórico.

Superficies de fluencia por compresión y corte φ y K₀^NC: a) K₀^NC =0.4, b) K₀^NC =0.6

En la descripción del modelo Cam-clay modificado se explica la evolución de la presión de preconsolidación p_c así como el significado de los parámetros individuales que definen las relaciones constitutivas básicas pertinentes a la capa de compresión. La función de potencial plástico que impulsa la evolución de las deformaciones plásticas en la región controlada por la superficie de fluencia por cizallamiento es idéntica a la adoptada para el modelo de Drucker-Pragerova. Por lo tanto, es independiente del ángulo de Lode. Por otro lado, depende del ángulo de dilatación ψ (M_ψ = M_ψ(ψ)). En general, asumimos que φ ≠ ψ, lo que corresponde a la regla de flujo no asociado. De manera similar al modelo Drucker-Prager, la cantidad de dilatación (evolución de las deformaciones plásticas volumétricas positivas durante el cizallamiento plástico) se puede limitar introduciendo el vacío máximo ratio de vacío e_max, para el cual se espera alcanzar el estado crítico ψ = 0.

Los parámetros que definen el modelo de material de suelo blando se resumen en la siguiente tabla

De manera similar al modelo Cam-clay modificado, el módulo de elasticidad de Young no se ingresa directamente, sino que se determina a partir del módulo volumétrico K_s dado por

Claramente, la evolución de la rigidez, como en el caso del modelo Cam-clay modificado, depende de la tensión efectiva media σ_m. Ajuste de los valores iniciales de la presión de preconsolidación p_cⁱⁿ, el módulo volumétrico K_sⁱⁿ, y el ratio de vacío inicial se describe en detalle en la presentación del modelo Cam-clay modificado.

Esto está estrechamente relacionado con la selección del paso de carga inicial, que requiere que valores muy bajos de tensión inicial sean suficientemente pequeños. Para acelerar la convergencia, resulta útil aprovechar el número mínimo de iteraciones para un solo paso de carga. La influencia de la magnitud del paso de carga inicial en la evolución de la tensión y la deformación se describe en detalle aquí.

A diferencia de otros modelos del tipo Mohr-Coulomb,el ratio de vacío inicial e_in, que corresponde al estado del suelo al final de la primera etapa de cálculo (tensión geoestática), no se ingresa sino que se determina computacionalmente a partir del valor ingresado del ratio de vacíos e₀ y el estado actual de tensión, consulte también la descripción del modelo Cam-clay modificado.

El modelo permite ajustar el valor inicial de la presión de preconsolidación p_c en función del grado esperado de preconsolidación mediante el uso de parámetros y . Más detalles se pueden encontrar aquí. esta opción solo está disponible cuando se configura la tensión geoestática inicial con la ayuda del procedimiento K₀..Si se requieren condiciones no drenadas se puede proceder solamente con el Tipo (1): análisis en tensión efectiva (c_ef, φ_e)

El modelo de suelo blando también permite realizar el análisis de estabilidad. Sin embargo, esta opción solo está disponible al ejecutar el análisis de estabilidad en una etapa de construcción determinada. En tal caso, la limitación de compresión se desactiva. Por lo tanto, solo la superficie de fluencia por corte puede activarse. Esta tarea se resuelve reduciendo gradualmente los parámetros de resistencia máxima al corte c, φ, de la misma manera que se describe para el modelo Drucker-Prager.

Aquí se examina el rendimiento del modelo en el marco de pruebas de laboratorio simples, incluido el estudio comparativo con el modelo Cam-clay modificado y la influencia de la magnitud del paso de carga inicial.

La implementación del modelo de material de suelo blando en el programa MEF de GEO5 se describe en detalle en el manual teórico.

Bibliografía:

[1] R.B.J. Brinkgreve, Geomaterial Models and Numerical Analysis of Softening, PhD thesis, Technische Universiteit Delft, 1994. Available at https://repository.tudelft.nl/record/uuid:6738de62-4dde-45b0-b3bd-3635504767c2.