Análisis de la compactación de terraplenes de carretera por rodillos vibrantes: evaluación del modelo constitutivo hipoplástico

Abstract

El estudio realizado en este trabajo se centra en evaluar la compactación de suelos granulares por medio de rodillos vibratorios a través de un modelo numérico. Para la elaboración de este estudio se implementó un modelo constitutivo distinto a los modelos de plasticidad tradicionales, el cual nació en Alemania en la década de los 90’s y se denomina Modelo constitutivo Hipoplásico. Gracias a la incorporación del concepto de la deformación intergranular, este modelo permite introducir en el análisis el comportamiento plástico bajo pequeñas deformaciones del material, tal y como ocurre en ciertos ámbitos de la geotecnia. El modelo numérico que se elaboró corresponde a un modelo de elementos finitos y se empleó como herramienta el programa Abaqus. Para ello, se utilizó el código umat desarrollado por Mašín (2013) con el cual es posible introducir en el programa el comportamiento de un material de tipo hipoplástico. Este documento contiene la descripción del riguroso proceso de emparejamiento de Abaqus con este nuevo modelo constitutivo y también contiene la explicación de la entrada de datos en la subrutina de tipo umat. Previamente al desarrollo del objetivo principal de este trabajo y con el fin de contar con un gran número de experiencias y recomendaciones, se hizo una extensa investigación acerca de los estudios y trabajos que se han realizado sobre esta temática. En una fase siguiente se estudió el comportamiento del terreno hipoplástico en simulaciones del ensayo de corte triaxial drenado (CD) bajo la aplicación de carga estática y carga cíclica. Esta fase permitió evaluar cómo se comporta el modelo constitutivo en escenarios dilatantes y contractivos con respecto a la línea de estado crítico. El modelo de elementos finitos realizado es un modelo 2D en deformación plana en el que se incluye el concepto denominado “lámina protectora” en la superficie de contacto suelo-tambor que tiene efectos positivos en la convergencia de la simulación. Por medio de la simulación realizada se logró captar el efecto que tiene el paso de un rodillo compactador vibratorio en la superficie del terreno. Aspectos como la frecuencia de vibración, el número de pasadas, el cambio en el índice de huecos, la deformación generada y la profundidad de influencia son discutidos en los resultados con el fin de evaluar el modelo constitutivo y determinar la efectividad de la compactación con rodillos vibratorios.