Formulaciones de Elementos Finitos de Gran Deformación Acopladas para la Dinámica del Suelo No Saturado y Su Aplicación
Autores: Ravichandran, Nadarajah; Vickneswaran, Tharshikka
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Formulaciones de Elementos Finitos de Gran Deformación Acopladas para la Dinámica del Suelo No Saturado y Su Aplicación
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Suelo no saturado
Ecuaciones gobernantes
Dinámica
Formulación
Teorías de deformación
Predicción
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
El suelo no saturado es un medio de tres fases con tres interfaces, y las ecuaciones matemáticas que representan su comportamiento deben desarrollarse de manera completamente acoplada para predecir con precisión su comportamiento hidromecánico. En este artículo, se desarrolló un conjunto de ecuaciones de gobierno completamente acopladas para la dinámica del suelo no saturado, considerando la interacción entre las fases y las interfaces. Además de implementar las ecuaciones de gobierno completas, se desarrolló una formulación simplificada para aplicaciones prácticas. La derivación de la formulación de elementos finitos considerando todos los términos en las ecuaciones diferenciales parciales resultó en una formulación que se resolvió por primera vez en este artículo. Otra formulación fue derivada al despreciar las aceleraciones y velocidades relativas del agua y el aire en las ecuaciones de gobierno. Además, se desarrollaron e implementaron teorías de pequeñas y grandes deformaciones para ambas formulaciones. Para mostrar la aplicabilidad de los modelos propuestos, se simuló el comportamiento dinámico de un terraplén de suelo no saturado utilizando tanto formulaciones de pequeñas como de grandes deformaciones aplicando terremotos menores y severos. Se encontró que la formulación reducida era computacionalmente eficiente y numéricamente estable. Los desplazamientos más pequeños predichos por las teorías de grandes deformaciones muestran que los resultados son consistentes con el comportamiento esperado. Se considera que las teorías de grandes deformaciones son adecuadas cuando el sistema geotécnico experimenta grandes deformaciones y pueden llevar a una predicción precisa.
Descripción
El suelo no saturado es un medio de tres fases con tres interfaces, y las ecuaciones matemáticas que representan su comportamiento deben desarrollarse de manera completamente acoplada para predecir con precisión su comportamiento hidromecánico. En este artículo, se desarrolló un conjunto de ecuaciones de gobierno completamente acopladas para la dinámica del suelo no saturado, considerando la interacción entre las fases y las interfaces. Además de implementar las ecuaciones de gobierno completas, se desarrolló una formulación simplificada para aplicaciones prácticas. La derivación de la formulación de elementos finitos considerando todos los términos en las ecuaciones diferenciales parciales resultó en una formulación que se resolvió por primera vez en este artículo. Otra formulación fue derivada al despreciar las aceleraciones y velocidades relativas del agua y el aire en las ecuaciones de gobierno. Además, se desarrollaron e implementaron teorías de pequeñas y grandes deformaciones para ambas formulaciones. Para mostrar la aplicabilidad de los modelos propuestos, se simuló el comportamiento dinámico de un terraplén de suelo no saturado utilizando tanto formulaciones de pequeñas como de grandes deformaciones aplicando terremotos menores y severos. Se encontró que la formulación reducida era computacionalmente eficiente y numéricamente estable. Los desplazamientos más pequeños predichos por las teorías de grandes deformaciones muestran que los resultados son consistentes con el comportamiento esperado. Se considera que las teorías de grandes deformaciones son adecuadas cuando el sistema geotécnico experimenta grandes deformaciones y pueden llevar a una predicción precisa.