Numerical study of the arching effect using the discrete element method.

En el presente trabajo, el denominado “efecto arco” fue reproducido mediante un modelo numérico del ensayo Trapdoor descrito por Terzaghi usando el Método de Elementos Discretos (DEM) tridimensionales. Esta metodología representa el suelo como un conjunto de partículas, reproduciendo su respuesta macroscópica mediante las interacciones micro-mecánicas entre partículas individuales. Uno de los propósitos de este trabajo es estudiar la capacidad de esta metodología para reproducir el efecto arco, el cual consiste en un mecanismo que ocurre naturalmente en suelos producto de la redistribución de tensiones hacia zonas más rígidas cuando existe reacomodamiento de partículas debido a desplazamientos impuestos a parte del soporte del sistema. En una etapa previa de este estudio, se ensayó en el laboratorio una prueba Trapdoor instrumentada con celdas de carga y la técnica de la Correlación de Imágenes Digitales (DIC). El campo de desplazamiento y el perfil de cargas en la base obtenido con esta instrumentación, se compara a los resultados de la modelación DEM. La calibración de los parámetros micro-mecánicos fue realizada mediante ensayos de corte directo, usando una distribución de tamaño de partículas similar a la granulometría real. Para estudiar el efecto que tienen los parámetros y la densidad inicial, se realizó un análisis de sensibilidad con dos probetas con diferentes índices de vacíos. Aprovechando las ventajas de esta metodología discontinua, como la capacidad de rastrear el desplazamiento y fuerzas de contacto entre partículas, se realizó un análisis de la migración de partículas fuera del plano de corte y de la rotación de las fuerzas intergranulares. Debido al alto costo computacional, se estudió la respuesta de curvas granulométricas escaladas, para disminuir los tiempos de cálculo sin perder la representatividad del fenómeno. En general, se obtuvo una buena correlación entre los resultados experimentales y numéricos en términos de la tensión de corte, pero la respuesta en dilatancia fue difícil de replicar.En el presente trabajo, el denominado “efecto arco” fue reproducido mediante un modelo numérico del ensayo Trapdoor descrito por Terzaghi usando el Método de Elementos Discretos (DEM) tridimensionales. Esta metodología representa el suelo como un conjunto de partículas, reproduciendo su respuesta macroscópica mediante las interacciones micro-mecánicas entre partículas individuales. Uno de los propósitos de este trabajo es estudiar la capacidad de esta metodología para reproducir el efecto arco, el cual consiste en un mecanismo que ocurre naturalmente en suelos producto de la redistribución de tensiones hacia zonas más rígidas cuando existe reacomodamiento de partículas debido a desplazamientos impuestos a parte del soporte del sistema. En una etapa previa de este estudio, se ensayó en el laboratorio una prueba Trapdoor instrumentada con celdas de carga y la técnica de la Correlación de Imágenes Digitales (DIC). El campo de desplazamiento y el perfil de cargas en la base obtenido con esta instrumentación, se compara a los resultados de la modelación DEM. La calibración de los parámetros micro-mecánicos fue realizada mediante ensayos de corte directo, usando una distribución de tamaño de partículas similar a la granulometría real. Para estudiar el efecto que tienen los parámetros y la densidad inicial, se realizó un análisis de sensibilidad con dos probetas con diferentes índices de vacíos. Aprovechando las ventajas de esta metodología discontinua, como la capacidad de rastrear el desplazamiento y fuerzas de contacto entre partículas, se realizó un análisis de la migración de partículas fuera del plano de corte y de la rotación de las fuerzas intergranulares. Debido al alto costo computacional, se estudió la respuesta de curvas granulométricas escaladas, para disminuir los tiempos de cálculo sin perder la representatividad del fenómeno. En general, se obtuvo una buena correlación entre los resultados experimentales y numéricos en términos de la tensión de corte, pero la respuesta en dilatancia fue difícil de replicar.En el presente trabajo, el denominado “efecto arco” fue reproducido mediante un modelo numérico del ensayo Trapdoor descrito por Terzaghi usando el Método de Elementos Discretos (DEM) tridimensionales. Esta metodología representa el suelo como un conjunto de partículas, reproduciendo su respuesta macroscópica mediante las interacciones micro-mecánicas entre partículas individuales. Uno de los propósitos de este trabajo es estudiar la capacidad de esta metodología para reproducir el efecto arco, el cual consiste en un mecanismo que ocurre naturalmente en suelos producto de la redistribución de tensiones hacia zonas más rígidas cuando existe reacomodamiento de partículas debido a desplazamientos impuestos a parte del soporte del sistema. En una etapa previa de este estudio, se ensayó en el laboratorio una prueba Trapdoor instrumentada con celdas de carga y la técnica de la Correlación de Imágenes Digitales (DIC). El campo de desplazamiento y el perfil de cargas en la base obtenido con esta instrumentación, se compara a los resultados de la modelación DEM. La calibración de los parámetros micro-mecánicos fue realizada mediante ensayos de corte directo, usando una distribución de tamaño de partículas similar a la granulometría real. Para estudiar el efecto que tienen los parámetros y la densidad inicial, se realizó un análisis de sensibilidad con dos probetas con diferentes índices de vacíos. Aprovechando las ventajas de esta metodología discontinua, como la capacidad de rastrear el desplazamiento y fuerzas de contacto entre partículas, se realizó un análisis de la migración de partículas fuera del plano de corte y de la rotación de las fuerzas intergranulares. Debido al alto costo computacional, se estudió la respuesta de curvas granulométricas escaladas, para disminuir los tiempos de cálculo sin perder la representatividad del fenómeno. En general, se obtuvo una buena correlación entre los resultados experimentales y numéricos en términos de la tensión de corte, pero la respuesta en dilatancia fue difícil de replicar.