Evaluación de modelos de comportamiento no lineal para materiales de tierra con aplicación al adobe

Abstract

Para poder describir el comportamiento de un material de manera adecuada es necesario establecer modelos constitutivos (relaciones constitutivas o ecuaciones) que representen matemáticamente su comportamiento ante cargas externas. Los modelos constitutivos están formados por relaciones establecidas entre el tensor de esfuerzos y el tensor de deformaciones y que representa una descripción idealizada del comportamiento real. Los dos modelos básicos más frecuentes aplicados son el idealmente elástico e idealmente plástico. Los materiales reales casi nunca cumplen las condiciones definidas por los términos de los modelos antes mencionados pero estos fueron principalmente usados debido a su simplicidad que es indispensable para la práctica profesional. En los años recientes con el desarrollo de la teoría de la plasticidad así como también del uso de computadoras cada vez más potentes y programas de cómputo amigables han aparecido nuevos modelos elasto-plásticos que describen de una manera más realista las características no lineales de diversos materiales tales como el concreto, suelo, roca, etc. En la tesis se presenta en el capítulo inicial unos antecedentes, algunas notas sobre las estructuras de adobe, los objetivos del trabajo, las fases de trabajo y una descripción general de los elementos modelados. En el capítulo dos se hace una revisión de las nociones básicas de plasticidad y la definición del modelo de material de Von Mises usualmente aplicado a metales, una teoría general para el cálculo implícito de esfuerzos dentro de un paso de carga llamada el método del parámetro de gobierno. En el tercer capítulo se presentaran nociones básicas de mecánica de suelos y una visión general del comportamiento de suelos bajo carga. Luego se da una revisión histórica de la plasticidad de suelos y finalizando se presentan modelos con límite de compresión hidrostática, el modelo de Cambridge para arcillas y un modelo general de la plasticidad de suelos para los cuales se muestran procedimientos computacionales para la integración implícita de esfuerzos. Finalmente, en el cuarto capítulo, se aplica uno de los modelos de comportamiento no lineal presentados anteriormente para el modelamiento de especímenes de adobe usando un programa de elementos finitos como es el ADINA. Se hizo un análisis comparativo de los resultados obtenidos de dichos modelamientos y de los resultados obtenidos de ensayos llevados a cabo en el CISMID durante los últimos años.

To describe the behavior of a material properly it is necessary to establish constitutive models (constitutive relations and equations) that mathematically represent their behavior under external load. The constitutive models are composed by relations established between the stress tensor and strain tensor and represent an idealized description of actual behavior. The two most frequent basic models are ideally-elastic and ideally-plastic models. Real materials rarely match the conditions defined by terms of the models mentioned above but these were primarily used because of its simplicity which is essential for professional practice. In recent years with the development of the theory of plasticity as well as the use of computers more powerful and user-friendly computer programs have appeared new elasto-plastic models that describe more realistic features of nonlinear materials such as concrete, soil, rock, etc. The thesis presents in its initial chapter a background, some notes about adobe structures, objectives of the thesis, phases of work and an overview of the elements modeled. In chapter two it is made a review of the basics of plasticity and the definition of the material model of Von Mises usually applied to metals, next presents a general theory for implicit stress integration within a load step called the governing parameter method. The third chapter presents basic notions of soil mechanics and an overview of soil behavior under load. Then there is a historical review of plasticity of soils and finally presents models with limited hydrostatic compression, Cam-Clay model and a general soil plasticity model for which are shown computational procedures for implicit stress integration. Finally, in the fourth chapter, a nonlinear models behavior presented above is applied for modeling adobe specimens using finite element software such as ADINA. A comparative analysis of the results of the modeling and the results obtained in tests carried out at CISMID in the last years was made.