Teoría de Hertz para deformaciones elastoplásticas en suelos parcialmente saturados (2020)
Los suelos parcialmente saturados son frecuentes en la construcción de carreteras. Los modelos de compactación más comunes de este tipo de suelos consideran únicamente el rango elástico de deformaciones, ignorando las deformaciones plásticas que tienen lugar. Por otro lado, los modelos de elementos finitos tienen la capacidad de simular este tipo de contacto a un elevado costo computacional. Por esta razón, es propuesto una solución analítica distribuida en el dominio del suelo para simular el contacto entre un cilindro y un suelo parcialmente saturado con una carga incremental. El esfuerzo aplicado por el cilindro sobre el suelo es asumido como una distribución de Hertz. Este esfuerzo es distribuido en el suelo usando las ecuaciones analíticas de Boussinesq con el factor de concentración de Frhlich. A partir de los esfuerzos obtenidos, se asume una condición de esfuerzos planos. Las deformaciones en el suelo son calculadas usando el modelo básico de Barcelona para hallar el asentamiento del suelo. Los resultados obtenidos del modelo presentado son validados con experimentos en centrífuga a una aceleración de 10g. En estos experimentos, un modelo a escala 1:10 del cilindro de un compactador es usado sobre un caolín previamente preparado a una humedad establecida. El esfuerzo de pre-consolidación es usado como única variable en los experimentos realizados. Los resultados del modelo muestran una correlación con los resultados obtenidos en los experimentos de centrífuga. A valores bajos del esfuerzo de pre-consolidación, se observan grandes asentamientos del cilindro. En cambio, a elevados valores, el asentamiento es limitado a pocos milímetros. Los resultados obtenidos, permiten estimar con precisión el proceso de compactación de un cilindro sobre un suelo parcialmente saturado sin el consumo de tiempo y recursos que requieren los modelos de elementos finitos. Por lo anterior, es propuesta la implementación de cargas cíclicas en futuros desarrollos del modelo