Desarrollo de un laboratorio virtual de geotecnia enfocado en el ensayo de compresión triaxial modalidad compresión axial

Abstract

Los ensayos de laboratorio de geotecnia son fundamentales para la caracterización del comportamiento mecánico de los suelos, muchos de los modelos constitutivos que se emplean actualmente se basan en observaciones experimentales, de tal manera que el laboratorio es, sin duda, una herramienta primordial para la comprensión de diversos comportamientos mecánicos y permite afianzar procesos de enseñanza y aprendizaje. Tal vez el ensayo triaxial es el desarrollo que más se ha empleado en los estudios del comportamiento de los suelos porque brinda gran cantidad de información. Esta práctica, sin embargo, no es accesible a todos los estudiantes durante tiempos extensos y en algunos casos esta es una limitante. Asimismo, los laboratorios virtuales se muestran como un mecanismo útil para fomentar el aprendizaje en los estudiantes de ingeniería, mientras que se establecen como un esfuerzo para reducir costos inherentes al manejo de equipos, facilitan la repetición y la variación en los datos de entrada. El desarrollo de este tipo de herramientas virtuales lleva implícito la aplicación de modelos de comportamiento que permitan simular la respuesta del suelo ante unas ciertas condiciones impuestas, bien sea de carga o de deformación. Este trabajo de grado presenta las bases teóricas y prácticas para el desarrollo de actividades virtuales de geotecnia basadas en la etapa de falla de la prueba de compresión triaxial modalidad compresión axial. La modelación usa la aproximación por elementos finitos, esta sigue la formulación de Galerkin la cual se puede emplear para incluir de manera adecuada análisis no lineales (Griffiths, 1994), asimismo se usa el criterio de fluencia de Drucker-Prager. Este proyecto es desarrollado en Python.

Laboratory testing is fundamental for characterization of soil mechanical behavior, numerous constitutive models currently used are based on experimental observations, in such a way that laboratory practices are undoubtedly a good tool for understanding mechanical behavior and to strengthen teaching and learning processes. Perhaps triaxial test is the development that has been most used in studies of the behavior of soils because it provides good amount of data. However, these practices are not accessible to all students during the required time, this fact becomes a limitation. On the other hand, virtual laboratories are an useful instrument to promote learning in engineering students, since these are established as an effort to reduce costs inherent in the management of equipment, also allow repetition and variation in input data. The development of this type of virtual tools implicitly involves the application of behavior models that simulate the soil response to certain imposed conditions, e.g. load or strains. This document presents the theoretical and practical bases for developing a geotechnical virtual laboratory based on the triaxial compression test. This model is a finite element approach, this follows the Galerkin's formulation which can be used to adequately include nonlinear analyzes (Griffiths, 1994). Thus, the compression model uses theory of nonlinear finite element analysis with the elastoplastic considerations of Drucker-Prager yield criterion. This project uses the Python programming language.