Estudio experimental y numérico del efecto de arco
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2013
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Abstract
El efecto arco es un fenómeno que consiste en la redistribución de tensiones en forma muy eficiente. En este trabajo se estudia desde el punto de vista experimental y numérico, con el objetivo de entender su relación con la cohesión; y definir estrategias de modelación mediante Elementos Finitos (EF), evaluando la capacidad de algunos modelos de comportamiento de reproducir los desplazamientos y tensiones del fenómeno. El estudio experimental se basa en el ensayo Trapdoor (Terzaghi, 1943), consiste en un cajón con una compuerta móvil al centro de su base. Al descender, induce plastificación del suelo sobre ella, generando la redistribución de tensiones característica del efecto arco. El procedimiento es instrumentado con celdas de carga y fotografiado para obtener el campo de desplazamiento del suelo a través de la técnica de Correlación de Imágenes Digitales (DIC). La correspondencia entre los desplazamientos inferidos por DIC y los medidos en la base, respaldan esta técnica para comparaciones con los modelos numéricos. Además, se contrastaron dos suelos con diferentes rangos de cohesión y tipo de comportamiento. Con el aumento de cohesión y contenido de finos, hay mayor transferencia de carga hacia los apoyos y la masa de suelo que plastifica es mayor, propagándose en forma ovalada hacia la superficie.
En el estudio numérico se simuló el mismo problema mediante EF, empleando dos modelos de comportamiento de distinta complejidad: Mohr Coulomb y Hujeux. Se comparan sus resultados con los obtenidos experimentalmente. Mohr Coulomb, en comparación con Hujeux, tiene problemas para representar la física del fenómeno, dada su sensibilidad a la dilatancia. Aún así, puede ajustarse incluso mejor al valor de los desplazamientos y tensiones medidas, pero el valor de límite de tracción del modelo es clave para conseguir una buena distribución de tensiones en el suelo.
En el estudio numérico se simuló el mismo problema mediante EF, empleando dos modelos de comportamiento de distinta complejidad: Mohr Coulomb y Hujeux. Se comparan sus resultados con los obtenidos experimentalmente. Mohr Coulomb, en comparación con Hujeux, tiene problemas para representar la física del fenómeno, dada su sensibilidad a la dilatancia. Aún así, puede ajustarse incluso mejor al valor de los desplazamientos y tensiones medidas, pero el valor de límite de tracción del modelo es clave para conseguir una buena distribución de tensiones en el suelo.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2013