Spheropoligonos y spheropolihedros para la simulación de suelos

Abstract

El método de dinámica molecular se ha usado por más de tres décadas para la simulación de sistemas complejos. En este método el sistema se considera conformado por partículas discretas que interaccionan unas con otras con leyes definidas por el problema a estudiar. En la gran mayoría de los casos, las partículas tienen la geometría más simple, esferas, ya que el problema de definir el contacto entre partículas de forma general ha demostrado ser un problema de difícil solución. Sin embargo, en el caso particular de los suelos se ha visto como la geometría esférica no reproduce comportamientos observados sin correcciones numéricas que a veces carecen de fundamento físico. Una de estas correcciones es la llamada resistencia de rodadura que es una forma simple y limitada de modelar el efecto de la forma, manteniendo la geometría esférica. En la presenta tesis se muestra una alternativa para modelar la forma general de la partículas en el método de dinámica molecular. En el método las partículas se representan por poliedros y se definen interacciones visco-elásticas entre ellas. Otras contribuciones importantes son que el método permite medir correctamente la energía potencial elástica y que puede ser optimizado a nivel de partícula y a nivel de complejidad geométrica. Ensayos usados en ingeniería de suelos son simulados con el método y sirven de validación al mismo. El método ofrece una herramienta para el estudio de los efectos micromecanicos en la mecánica de suelos. / Abstract. The molecular dynamics method has been used for over three decades for the simulation of complex systems. In this method, the system is divided in a set of discrete particles which interact with each other by means of laws defined for the given problem. In most cases the particles have the simplest geometry, the sphere since defining a proper contact law for particles with general shape since defining a contact law for particles of general shape is known to be a hard problem to solve. In the particular case of soils it has been shown how the spherical geometry does not reproduce observed behaviors without numerical corrections that in some cases lack physical meaning. One of these corrections is the so called rolling resistance that is used to model in a simple and limited way the effect of shape maintaining the geometrical shape at the same time. In the present thesis an alternative method is presented to model the contact law for particles with general shape. In this method particles can be represented by polyhedral with a visco-elastic law defined for them. Other contributions from the method are the proper definition of a elastic potential energy and the ability to be optimized in two levels: particle level and geometric complexity level. Essays used in soil engineering are simulated and serve as validation for the model. The method offers a new tool for the study of the micromechanical effects in soil mechanics.