Análisis en elementos finitos con el modelo UBCSAND de ensayos triaxiales monotónicos en arenas para evaluar licuación

Abstract

El estudio desarrollado en esta tesis está enfocado en la modelización del comportamiento mecánico de arenas en el ensayo triaxial monotónico a través del empleo del modelo constitutivo de plasticidad esfuerzo efectivo tridimensional UBCSAND modificado e implementado en el programa de elementos finitos TNO DIANA. UBCSAND es un modelo sofisticado, que puede ser usado tanto en la ingeniería práctica como en la investigación, esto último ha sido comprobado en este trabajo mediante un proceso de verificación y validación de la implementación del modelo en el programa TNO DIANA, tal como se describe en el quinto capítulo. Los parámetros del modelo pueden ser calculados a partir de datos medidos directamente de ensayos triaxiales en arenas mediante procedimientos normalizados y conocidos por la comunidad geotécnica. Para este propósito, en este trabajo se ha desarrollado una metodología sobre la obtención detallada de cada uno de los parámetros del modelo con base en distintas publicaciones existentes en la literatura, así como también en base a las ideas propuestas por el autor, tal como se describe en el cuarto capítulo. Lo anterior constituye una ventaja frente a otros modelos para fines similares cuyos parámetros de entrada son más tediosos de calcular y generalmente requieren de distintos tipos de pruebas generando consigo un mayor costo. Una ventaja adicional de este modelo es que está implementado en otros programas computacionales orientados a geomateriales, tales como el FLAC, PLAXIS y Midas GTS los cuales han sido verificados y validados en distintos trabajos, tal como se reporta en la literatura. La resistencia al corte de la arena en estudio es reproducida para trayectorias de carga monotónica que producen la falla del material tales como la licuación estática. Dicho comportamiento que presentan las arenas de baja densidad relativa ha sido reproducido con precisión por el modelo y los resultados del proceso de calibración muestran buena concordancia con la data experimental. La comparación entre las observaciones experimentales y los modelos calibrados en términos de esfuerzos, deformaciones, presiones de poros y trayectorias de esfuerzos efectivos se presentan en el sexto capítulo.

This study is focused on the numerical modeling of the behavior of sands in the triaxial monotonic test through the three-dimensional effective stress plasticity model modified UBCSAND and implemented in the TNO DIANA computer code. The UBCSAND is a sophisticated model that can be used in both practical engineering and research. The above has been verified in this work through a process of verification and validation of its implementation in TNO Diana carried out in the fifth chapter. The parameters of the model can be calculated from data measured directly from triaxial tests of sands by standard procedures and known by the geotechnical community. For this purpose, in this work a methodology has been developed for obtaining each one of the model parameters based on different publications in the literature, as well as based on the ideas proposed by the author, as described in the fourth chapter. This is an advantage compared to other models for similar purposes, whose input parameters are more tedious to calculate and generally require different types of tests generating a higher cost. Another advantage of this model is that it is implemented in other computer programs oriented to geomaterials such as FLAC, PLAXIS and Midas GTS which have been verified and validated in different works, as reported in the literature. The shear strength of the sand under study is reproduced for monotonic loading paths that cause material failure such as static liquefaction. This behavior of the low relative density sands has been predicted accurately by the model and the results of the calibration process show a good agreement with the experimental data. The comparison between the experimental observations and the calibrated models in terms of stresses, strains, pore pressures and effective stress paths, are presented in the sixth chapter.