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ilustraciones, diagramas The dynamic growth shown by cities has generated an accelerated reduction in useful areas and therefore the need to optimize space. This implies the need to execute works with special conditions such as important excavations, often surrounded by infrastructure that is prone to suffer affectations in its functionality and stability. In these cases, a stress-strain behavior evaluation of the soil is necessary. Geotechnical modeling has become the main engineers resource, providing a tool to numerically reproduce or predict the soil behavior. Advanced constitutive models which account for soil anisotropy, stress history, hardening-softening, among other soil characteristics, have been developed in the last decades. Nevertheless, the state of local practice shows that the vast majority of analyses are approached through limit equilibrium theories, or the application of very simple constitutive models. The application of these methods leads to not very accurate predictive results. Another important identified limitation is the lack of studies focused on the mechanical behavior of residual soils and the development and validation of constitutive models, which are often carried out on sedimentary soils. In this work an evaluation of the capabilities of three (3) constitutive models to reproduce the mechanical behavior of an Igneous residual soil in south of The Aburrá Valley is presented. Starting from advanced available residual soil characterization experimental data, the predictive capacity of the evaluated constitutive models was evaluated against very small and large strain responses, drain and undrained conditions, and different shearing paths, considering one single set of constitutive parameters per model. Inverse analysis techniques were applied in order to identify correctly the constitutive parameters that could not be obtained from the experimental data, demonstrating the high applicability of these tools on geotechnical modeling. El crecimiento dinámico de las ciudades ha generado una reducción de áreas útiles, haciendo necesaria la optimización de espacio, lo que implica la ejecución de obras con condiciones especiales como excavaciones de gran magnitud, frecuentemente cerca de infraestructura existente propensa a sufrir daños. En estos casos se hace necesaria la evaluación del desempeño esfuerzo-deformación del suelo. La modelación numérica se ha convertido en el principal recurso de los ingenieros para predecir el comportamiento del suelo. A pesar de que los modelos constitutivos avanzados son capaces de reproducir aspectos del comportamiento del suelo tales como su historia de carga, anisotropía, entre otros, el estado de la práctica local se desarrolla todavía bajo teorías de equilibrio límite o modelos constitutivos muy simples, cuya aplicación resulta en predicciones poco acertadas. Otra importante falencia identificada es la falta de estudios enfocados en el comportamiento mecánico de suelos residuales, y el desarrollo y validación de modelos constitutivos aplicados a estos, que en la mayoría de casos se enfocan en suelos de origen sedimentario. En este trabajo se evalúa la capacidad de tres modelos constitutivos para reproducir el comportamiento mecánico de un suelo de origen residual de roca Ígnea del sur del Valle de Aburrá. A partir de datos experimentales avanzados de caracterización mecánica se evaluó la capacidad predictiva de los modelos ante respuesta en el rango de muy bajas y largas deformaciones, condiciones drenadas y no drenadas, y diferentes trayectorias de falla, considerando un solo set de parámetros por cada modelo. Se implementaron técnicas de análisis inverso para definir los parámetros que no pudieron ser identificados a partir de los datos experimentales disponibles, demostrando la alta aplicabilidad de este tipo de herramientas en la modelación geotécnica. (Texto tomado de la fuente) Maestría Magíster en Ingeniería - Geotecnia Modelación numérica Simulación Numérica del Suelo Área Curricular de Ingeniería Civil

En esta investigación, se presentan los modelos constitutivos que describen el comportamiento longitudinal de una fibra corta de acero con gancho 3D 65/35BG y 4D 80/60BG. Los resultados de la amplia muestra de ensayos Pull-out para concretos con resistencias a la compresión de 25 MPa y 35 MPa, fueron analizados por estadística tradicional (ET) y análisis funcional estadístico (FDA). Identificando que, si bien el f’c influye en la adherencia entre ambos materiales, la variable principal que intervienen en el esfuerzo máximo y la energía de arrancamiento es la longitud embebida In this research, presented the constitutive models that describe the longitudinal behavior of a short steel fiber with a hook (3D 65/35BG y 4D 80/60BG). The results of the large number of Pull-out tests for concretes with a compressive strength of 25 MPa and 35 MPa were analyzed by traditional statistics (ET) and functional data analysis (FDA). Identifying that, although the f'c influences the adherence between both materials, but the main variable that intervenes in the maximum strain and the pull-out energy is the embedded length. Magíster en Ingeniería Civil Maestría

In this document, a non-linear constitutive model with micro-cracking and irreversibility is proposed for cortical bone of the human rib, extended with a stochastic fracture model, based on acoustic emission. Both models are innovative and describe the behavior of the human rib from the zero-load to macroscopic fracture. Experimentally, the models have shown to describe adequately the mechanical behavior of the rib, even in the non-elastic zone, where irreversible processes have been mainly associated with the propagation of micro-cracks through the material. Furthermore, the constitutive model is thermodynamically consistent, showing a notable increase in entropy as cracking process goes on, a region in which, in turn, a notable asymptotic increase in the released energy by the material has been observed in the form of waves, detected by the acoustic emission technique. In addition, the constitutive parameters of the model show significant correlation both with anthropometric variables and with micro-structural parameters, such as density, fractal dimension or mineral content, pointing to a clear importance of micro-structure in the behavior of cortical bone. Thus, the quenched disorder parameter, which represents the micro-structural damage previous to failure and which has been introduced into the model by means of the Statistical Mechanics, has shown to have a great influence of age. Likewise, a relationship has also been found between the mineralization of the sample and the possible paths that the main crack can take in its progression through the osteon network. The number of paths has been determined by means of combinatorics. On the other hand, the stochastic fracture model adequately and quantitatively predicts the occurrence of acoustic signals or hits associated with the stress level introduced into the sample, being one of the first models developed for bone. En esta memoria se propone un modelo constitutivo no lineal con microfisuración e irreversibilidad para hueso cortical de costilla humana, ampliado con un modelo estocástico de fractura, basado en emisión acústica. Ambos modelos son innovadores y describen el comportamiento de la costilla humana desde el inicio de la solicitación hasta la fractura macroscópica. Experimentalmente los modelos han mostrado modelizar adecuadamente el comportamiento mecánico de la costilla, incluso en la zona no elástica, donde los procesos irreversibles han sido asociados principalmente a la propagación de microfisuras a través del material. Además, el modelo constitutivo es termodinámicamente consistente, mostrando un incremento notable en la entropía a medida que se promueve la fisuración, región en la que, a su vez, se ha observado un notable incremento asintótico de la energía liberada por el material en forma de ondas, detectadas por la técnica de emisión acústica. Además, los parámetros constitutivos del modelo exhiben correlaciones significativas tanto con variables antropométricas, como con parámetros microestructurales, tales como la densidad, la dimensión fractal o el contenido mineral, denotando una clara importancia de la microestructura en el comportamiento del hueso cortical. En este contexto, el parámetro de atemperación del desorden, que representa el daño microestructural previo a la solicitación y que ha sido introducido en el modelo por medio de la mecánica estadística, ha mostrado tener una gran influencia con la edad. Así mismo, también se ha encontrado una relación de la mineralización de la muestra con los caminos posibles que la fisura puede tomar en el avance a través de la red de osteonas. El número de caminos ha sido determinado mediante la combinatoria. Por otro lado, el modelo estocástico de fractura predice adecuadamente y de manera cuantitativa la aparición de señales acústicas o hits asociados al nivel de tensión introducido en la muestra, siendo uno de los primeros modelos desarrollados en hueso. Enginyeria mecànica, fluids i aeronàutica

Trabajo de investigación El documento contiene una serie de simulaciones numéricas, realizadas a través del software ANSYS (el cual permite realizar un análisis del comportamiento mecánico de los materiales), sobre morteros de cemento hidráulico adicionados con fibras de tereftalato de polietileno (PET), sometidos a esfuerzos directos de flexión y de compresión. A partir de lo cual se establece la influencia que tiene la inclusión de fibras en las propiedades mecánicas de una matriz cementicia. Pregrado Ingeniero Civil 1. MARCO DE REFERENCIA. 2. METODOLOGÍA. 3. RESULTADOS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Numerical modeling is a powerful tool to determine the stress-strain relationships of structures. However, for a reliable application, physical and mathematical models must be calibrated and validated. This paper presents an overview of numerical calibration through the finite element method and plate-load tests in an embankment. Additionally, an analysis of the constitutive models used in soils is performed, and the elastic-plastic constitutive model of Mohr-Coulomb was selected since it is the best suited for this study. The results from three test areas within a refinery project that the Cuban government undertook in the province of Cienfuegos are used. The numerical model used in this study was calibrated by means of the error theory and the non-parametric hypothesis tests from Mann-Whitney U. From the practical point of view, this study gives two procedures to calibrate the numerical model with experimental results. RESUMEN El modelado numérico es una herramienta poderosa para determinar la relación esfuerzo-deformación de las estructuras. Sin embargo, para una aplicación confiable, los modelos físicos y matemáticos deben ser calibrados y validados. Este artículo presenta una mirada a la calibración numérica empleando el método de elementos finitos y ensayos físicos de placa de carga en un terraplén. Se realiza además un análisis de los modelos constitutivos empleados en suelos y se selecciona el modelo constitutivo elástico-plástico de Mohr-Coulomb por ser el que mejor se acomoda a este estudio. Se utilizan los resultados de tres áreas de prueba dentro de un proyecto de refinería que el gobierno cubano llevó a cabo en la provincia de Cienfuegos. El modelo numérico empleado en este estudio se calibró empleando la teoría de errores y la prueba de hipótesis no paramétrica U de Mann-Whitney. Desde un punto de vista práctico, este estudio brinda dos procedimientos para calibrar un modelo numérico con resultados experimentales.

[ES] El presente Trabajo de Fin de Grado se va a centrar en el estudio comparativo de los diferentes modelos teóricos de diversos materiales en tejido blando con la utilización de un software libre de elementos finitos, conocido como FEBio. Para ello se implementaron nuevos materiales en el software utilizado con el fin de encontrar una similitud más aproximada a los comportamientos reales del tejido in vivo. Los materiales hiperelásticos implementados fueron NeoHooken, Mooney Rivlin y Demiray. Tras la mejora de estos materiales mediante la codificación y creación de los plugins en Visual Studio, se realizaron diversas simulaciones con ellos. Primeramente, en un modelo simple como es el caso de un cubo, y posteriormente en un modelo biológico real in vivo como es el hígado obtenido a partir de imágenes del tórax mediante TAC empleando un software comercial, Simpleware, especializado en segmentación y mallado. Para la conversión de los archivos de mallado con el software FEBio utilizado para las posteriores simulaciones, se requirió la ayuda de Matlab. Para finalizar este estudio, se realizó una comparación de los resultados obtenidos para cada uno de los materiales estudiados en los modelos diseñados, con el fin de obtener cual sería el material implementado más adecuado para cada sólido simulado., [EN] The present Final Degree Project will focus on the comparative study of the different theoretical models of different materials of soft tissue using afree software of finite elements, known as FEBio. For this reason, new materials were implemented in the software used in order to find an approximation similar to the behavior of the tissue in vivo. The hyperelastic materials implemented were NeoHooken, Mooney Rivlin and Demiray. After the improvement of these materials through the coding and creation of the plugins in Visual Studio, several simulations were performed with them. Firstly, in a simple model such as a cube, and later in a real biological model in vivo such as the liver obtained from abdominal CT images using a commercial software, Simpleware, specialized in segmentation and meshing. For the conversion of the mesh files to FEBio file was used Matlab. To conclude this study, a comparison of the different materials was made for each designed models, in order to achieve what material is the most suitable for each simulated model.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Esta dissertação teve como principal objetivo a implementação de um modelo constitutivo que caracterizasse a resposta elastoplástica cíclica da liga de alumínio AA 7050-T6 utilizando o software de elementos finitos ADINA®.A modelação do comportamento cíclico da liga foi feita com base em resultados experimentais obtidos através de ensaios de fadiga oligocíclica efetuados em controlo de amplitude de deformação total, entre 0,6% e 1,75%, e com razões de deformação de -1, 0 e 0,5. O modelo aplicado define o comportamento plástico cíclico do material através do critério de cedência de von Mises, de duas leis de encruamento: isotrópico e cinemático, e de uma regra de fluxo associada ao critério de von Mises. Através das leis de encruamento, respetivas ao modelo constitutivo, e pela metodologia abordada por Prates, [20], obteve-se uma aproximação inicial dos parâmetros de encruamento do material, tendo-se procedido com simulações numéricas dos ensaios de fadiga num sólido cúbico tridimensional. Posteriormente efetuou-se o ajustamento dos parâmetros através da análise comparativa entre as curvas de histerese de tensão-deformação experimentais e as resultantes das simulações numéricas, tendo-se conseguido simular com sucesso a resposta cíclica da liga quando solicitada em controlo de amplitude de deformação de 1,5% a 1%, com razão de deformação -1, 0 e 0,5 e de 1,75% e 0,8%, com razão de deformação de -1 e 0. Conclusivamente, o procedimento desenvolvido é suficientemente robusto para simular satisfatoriamente as formas dos circuitos estáveis, assim como, para determinar as densidades de energia de deformação plástica e total para as diferentes amplitudes e razões de deformação. The main objective of this study was the implementation of a constitutive model able to characterize the cyclic elastoplastic response of the AA 7050-T6 aluminum alloy using the ADINA® finite element software. The modelling of the alloy's cyclic behavior was based on experimental results from low-cycle fatigue tests performed under strain-controlled mode with total strain amplitudes between 0,6% and 1,75% and strain ratios of -1, 0 and 0,5. The model defines the cyclic plastic behavior of the material according to the von Mises yield criterion, a flow rule related to it, and two hardening laws - isotropic and kinematic. Through the respective constitutive model hardening rules and the methodology used by Prates, [20], an initial estimate of the material hardening parameters was obtained, followed by numerical simulations of the fatigue tests on a tridimensional cubic solid.Afterwards, an adjustment was made to the parameters by means of a comparative analysis between the experimental stress-strain hysteresis loops and those obtained from the numerical simulations, resulting in the successful simulation of the alloy’s behavior, of low cyclic fatigue tests, in constant amplitude strain control of 1,5%, 1,25%, 1% (with strain ratios of -1, 0, 0,5), 1,75% and 0,8% (with strain ratios of -1 and 0). In conclusion, the procedure developed is sufficiently accurate to satisfactorily simulate the stable circuits shapes, as well as to determinate the total and plastic strain energy densities for the several amplitude and strain ratios.

Conociendo las propiedades mecánicas y el comportamiento esfuerzo - deformación del suelo, se pueden hacer diseños más precisos donde se utilicen modelos constitutivos robustos, los cuales predicen de una mejor manera el comportamiento del suelo para caracterizar el terreno en donde se pretendan construir futuros proyectos y garantizar de esta manera la estabilidad que tendrá la obra civil. El modelo Generalized Bounding Surface (GBSM) permite predecir computacionalmente el comportamiento de suelos cohesivos tanto isotrópica como anisotrópicamente consolidados, usando la regla de flujo sociada. Es por esto que se busca simular una seria de suelos que permita validar el modelo, surgiendo como interrogante: ¿Cuál es el desempeño del modelo constitutivo Generalized Bounding Surface Model (GBSM) en la simulación del comportamiento de suelos cohesivos bajo cargas monotónicas? La evaluación de este modelo constitutivo se hizo comprobando la versión isotrópica y anisotrópica con la regla de flujo asociada, en cinco diferentes tipos de suelos. Recopilando datos de las distintas tesis, artículos y fuentes de información que tengan ensayos experimentales, así mismo digitalizar las gráficas obtenidas, y de esta manera se completan los datos base para el uso del programa Calbr8, que permite calibrar los parámetros necesarios para ejecutar las representaciones correspondientes. Los datos obtenidos se procesaron e interpretaron comparando las simulaciones hechas con respecto a los resultados experimentales. Como resultados finales una vez se culminan las simulaciones en el programa Calbr8 y aplicando el GBSM, se obtuvieron las gráficas de los estados de esfuerzos, deformación axial y presión de poros, para ser comparadas con respecto a las trayectorias experimentales.Comprobando que el modelo GBSM está programado para pronosticar el comportamiento mecánico de cada suelo, implementando la teoría de la superficie limite, según sus parámetrosy la calibración de las variables propias de este, los resultados comprueban la aplicación optima de este modelo en la geotecnia. Knowing the mechanical properties and the stress - deformation behavior of the soil, more precise designs can be made where robust constitutive models are used, which better predict the behavior of the soil to characterize the land where future projects are planned and guarantee in this way, the stability that civil works will have. The Generalized Bounding Surface (GBSM) model allows to computationally predict the behavior of cohesive soils, both isotropic and anisotropically consolidated, using the rule of sociated flow. That is why we are looking to simulate a series of soils that validate the model, emerging as a question: What is the performance of the Generalized Bounding Surface Model (GBSM) in the simulation of the behavior of cohesive soils under monotonic loads? The evaluation of this constitutive model was made by checking the isotropic and anisotropic version with the associated flow rule, in five different soil types. Collecting data from the different theses, articles and information sources that have experimental tests, likewise digitize the obtained graphs, and in this way the base data for the use of the Calbr8 program is completed, which allows to calibrate the necessary parameters to execute the representations corresponding. The data obtained were processed and interpreted by comparing the simulations made with respect to the experimental results. As final results once the simulations in the Calbr8 program are completed and applying the GBSM, the graphs of the states of stress, axial deformation and pore pressure were obtained to be compared with respect to the experimental trajectories. Checking that the GBSM model is programmed to predict the mechanical behavior of each soil, implementing the theory of the surface limit, according to its parameters and the calibration of the variables of this, the results prove the optimal application of this model in geotechnics.

This work intends to present the development of a formulation based on Continuum Damage Mechanics to deal with elastic media introducing different mechanical behaviors in tension and compression regimes as well as some anisotropy degree when damage processes take place. First of all, a formulation for bimodular and anisotropic elastic media is reviewed. To take into account the damage processes in the material, some improvements are proposed as well as the definition of a hyperplane in order to divide the strain space to deal with bimodular materials. Besides, fourth-order anisotropic tensors are requested by the formulation depending on the class of anisotropy. Soon after, two models of constitutive damage written accordingly with the formulation proposed in this work are described. Finally, it is shown that the proposed formulation is an easy way to write and to understand complex constitutive damage models. RESUMEN Este trabajo pretende presentar el desarrollo de una formulación basada en Mecánica de Daños para tratar con medios elásticos que presentan comportamientos mecánicos diferentes en regímenes de tensión y compresión, así como algún grado de anisotropía cuando se producen procesos de daño. En primer lugar, se revisa una formulación para medios elásticos bimodulares y anisotrópicos. Con el fin de tener en cuenta los procesos de daño en el material, se proponen algunas mejoras así como la definición de un hiperplano para dividir el espacio de deformación para tratar con materiales bimodulares. Además, los tensores anisotrópicos de cuarto orden son solicitados por la formulación dependiendo de la clase de anisotropía. Poco después, se describen dos modelos constitutivos de daños escritos en concordancia con la formulación propuesta en este trabajo. Finalmente, se muestra que la formulación propuesta es una forma fácil de escribir y comprender los complejos modelos de daño.

A constitutive model attempts to model the behavior of the soil. Nowadays, there are great variety of methods, one of the most well-known constitutive models is the one of Mohr Coulomb, however it doesn’t take into account the nonlinear behavior of the soil, an hypoplastic model does, which it’s very important in the actual practice of engineering. The hypoplasticity is a framework that was at first developed for granular materials, but given the advantages of using such a model, Masín [2] proposed to use such model for clays, that sometimes are used in earth dams which are of great importance and such a model could allow a better understanding and modelling since it takes into account the nonlinear and hysteretic behavior. The following investigation has as an objective to explain the procedure for the determination of the parameters needed in order to developed and hypoplastic model according to Masín [2] by using the kaolin clay, by means of laboratory tests, as the direct shear box, consolidation or oedometer and basic index test. With the obtained results, it can be seen that the parameters to use can easily be determine by simple laboratory tests, so in conclusion it can be observed that it is a feasible method to put inpractice at the same time that that is able to reproduce efficiently the cyclic behavior of soils from small deformations to failure and which can be implemented in numerical dynamic calculations with the use of a finite element software. Un modelo constitutivo intenta modelar el comportamiento del suelo, en la actualidad existe gran variedad de estos, uno de los modelos más conocidos es el de Mohr-Coulomb, sin embargo este no toma en cuenta el comportamiento no lineal del suelo, un modelo hipoplástico si lo considera, lo cual es de gran importancia en la práctica actual de la ingeniería. La hipoplasticidad fue desarrollada inicialmente para materiales granulares, sin embargo dado las ventajas de usar un modelo este tipo, Masín [2] propuso un modelo para arcillas, las cuales en ocasiones son utilizadas para diques y presas, que son de gran importancia y un modelo de este tipo permite un acercamiento mayor a la realidad al conocer el comportamiento no lineal e histerético de estas. La siguiente investigación tiene como objetivo explicar el procedimiento para la determinación de los parámetros necesarios para desarrollar un modelo hipoplástico de acuerdo con lo planteado por Masín [2] utilizando la arcilla caolinita, por medio de ensayos de laboratorio como lo son el ensayo de corte directo, consolidación y índices básicos. Con los resultados obtenidos se observa que los parámetros a utilizar se determinan fácilmente con ensayos de laboratorio simples y en conclusión se observa que es un método factible de poner en práctica que a la vez es capaz de reproducir el comportamiento del suelo eficientemente desde las pequeñas deformaciones hasta su falla y que puede ser implementado en cálculos dinámicos por medio de un software de elemento finito.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil, 2015. A presente dissertação apresenta a aplicação de um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo para simulação numérica do comportamento de materiais quase-frágeis submetidos a ações mecânicas ou não mecânicas, por meio da redução de rigidez do material e de suas propriedades de resistência. O modelo de dano isotrópico apresentado utiliza duas variáveis escalares de danos, uma para representar a degradação do concreto quando sujeito a tensões de tração e outra para a mesma situação sobre compressão. O comportamento da armadura é simulado numericamente como um modelo elastoplástico unidimensional no qual são levados em consideração os efeitos do endurecimento isotrópico e cinemático do material. O modelo utiliza o algoritmo de integração implícita e explicita (IMPLEX); e é aplicado em análises de estruturas de concreto armado utilizando-se o método dos elementos finitos, no qual os elementos estruturais de concreto armado sãodiscretizados através de uma malha com elementos finitos para representar o concreto, bem como as armaduras. Para a validação dos resultados quanto à capacidade do modelo computacional implementado de representar os principais aspectos do comportamento de materiais quase-frágeis, analisam-se testes numéricos comparando-os com resultados de ensaios experimentais realizados que serão apresentados e discutidos neste trabalho. This dissertation presents a constitutive model based on the Continuum Damage Mechanics to enable a numerical simulation of quasi-brittle materials behavior when submitted to mechanical and non mechanical actions through the reduction of the material stiffness and its resistance properties. The damage model presented makes use of two scalar damage variables, one to represent the degradation of concrete when under tensile stress and another one to represent the degradation of concrete when under compression stress. The reinforcement behavior is numerically simulated as a unidimensionalelastoplastic model in which the effects of the material’s isotropic and cinematic stiffness are taken into consideration. The model makes use of the algorithm of the explicit and implicit integration (IMPLEX) and it is applied in reinforced concrete structure analyses utilizing the finite element method. In this method, the structural elements of the reinforced concrete are discretized through a mesh of finite elements to represent both the concrete and the reinforcements. To validate the results regarding the capacity of the computational model implemented to represent the main aspects of quasi-brittle materials’ behavior, numerical tests were analyzed comparing them to experimental test results that will be introduced and discussed in this paper.

En las últimas décadas se ha desarrollado un extenso número de investigaciones acerca del comportamiento de materiales vegetales, con ello se buscan nuevas alternativas renovables para el medio ambiente que permitan la construcción de estructuras seguras y habitables. El bambú Guadua angustifolia es una especie abundante en Colombia y de un desarrollo fácil y rápido, conveniente para ser usado en construcción de viviendas. La heterogeneidad de este material amerita una caracterización mecánica compleja ya que, por su sección compuesta de fibras y matriz, los ensayos típicos de tensión empleados en otras maderas no muestran un comportamiento típico del material. Se propone un ensayo con la elaboración de una probeta diferente a la habitual. Con los resultados allí obtenidos se utilizó un modelo constitutivo para representar el comportamiento del bambú Guadua angustifolia cuando es sometido a esfuerzos normales de tracción paralela a las fibras. Se concluyó que el comportamiento a tracción corresponde a un modelo de plasticidad unidimensional combinado con un modelo de probabilidad de Weibull. Se concluyó que el comportamiento a tensión de una lámina bambú Guadua angustifolia, bajo cargas paralelas a las fibras es combinado entre la tensión en las fibras y la fricción entre fibras y matriz. Abstract: Nowadays it have been developed a large number of researches to study the behavior of natural materials, regarding in renewable new alternatives that allow the construction of safety and habitable structures. Bamboo Guadua angustifolia is an abundant specie in Colombia, which has fast and easy growth, important parameters for a construction material. The heterogeneity of this material merits complex mechanical characterization as its composite section of fibers and matrix, typical tensile tests used in other woods not show a typical behavior of the material. A trial with the development of a different standard specimen is proposed. With the results obtained, a constitutivel model was used to represent the behavior of bamboo Guadua angustifolia when subjected to normal tensile stresses parallel to the fibers. It was concluded that the tensile behavior corresponds to a model of one-dimensional plasticity. It was concluded that the tension behavior of bamboo Guadua angustifolia laminated, under loads parallel to the fibers is combined between the tension in the fibers and the friction between fibers - matrix. Maestría

Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. Sabendo que o concreto possui um comportamento frágil, sendo esta uma peculiaridade negativa para projetos estruturais, a adição de fibras de aço no processo de produção vem se tornando uma das soluções em destaque para a diminuição dessa fragilidade. Isto posto, o concreto reforçado com fibras está, cada vez mais, presente em obras de Construção Civil como, por exemplo, túneis e obras de saneamento básico. Com a grande variedade de fibras, os ensaios experimentais, muitas vezes, torna-se inviável para avaliação do comportamento do compósito reforçado com diferentes tipos de fibra. Neste sentido, este trabalho apresenta simulações em elementos finitos de corpos de prova de concreto com adição de fibras de aço para os ensaios de arrancamento, tração e flexão. Para a inclusão das fibras de aço nos elementos sólidos foram utilizados o método embutido e o método semi-embutido. Nessas simulações, o concreto foi simulado utilizando modelos constitutivos não lineares de dano e de trinca embutida. Por sua vez, para as fibras, o modelo constitutivo utilizado foi o elástico perfeitamente plástico. Para simular o contato foi utilizado o modelo tensão cisalhante-deslizamento proposto pelo CEB-FIP. Por fim, os resultados obtidos numericamente apresentaram boa concordância quando comparados com ensaios experimentais. Palavras Chaves: Concreto reforçado, Fibras de aço, Elementos Finitos, Modelos constitutivos. It is widely acknowledged that the concrete has a fragile behavior, which is a negative trait for structural projects. The addition of steel fibers on the production process is becoming one of the outstanding solutions for reducing this fragility. To that extent, the use of fiber reinforced concrete in constructions is growing rapidly. Experimental tests in this composite material, however, are not widely performed due to costs and the required time. In this sense, this work presents finite elements’ simulations of a set of concrete specimens with reinforcing steel fibers, these are: pull out tests, tensile tests and bending tests. The embedded and semi embedded methods were used to consider the steel fibers in the finite element mesh. In the simulations, the concrete was modeled using damage and embedded crack constitutive models. For the fibers an elastic-plastic constitutive model was used. Finally, to simulate the contact, the shear stress vs sliding model proposed by CEB-FIP was used. The numerical results were compatible with available experimental results.

El objetivo de esta tesis es analizar experimental y numéricamente el efecto del cambio de propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos de recocido, sobre la acumulación de daño dúctil en un acero de fase dual DP 600. Del análisis experimental se obtienen las propiedades mecánicas, requeridas para calibrar el modelo computacional a partir del desarrollo de un procedimiento experimental mediante ensayos cíclicos a tensión de carga y descarga, registrando las variaciones en el módulo elástico por cada ciclo que representa el daño acumulado para los materiales de estudio. Con respecto al análisis numérico, la formulación del modelo constitutivo se fundamenta en la teoría de la mecánica del daño continuo elastoplástica desarrollada por Lemaitre y aplicado a problemas estáticos en grandes deformaciones. El algoritmo se implementa en el software comercial de elementos finitos ABAQUS, utilizando un esquema explícito de análisis no lineal a partir del desarrollo de una subrutina de usuario VUMAT. De los resultados obtenidos numéricamente se encuentra buena relación del modelo para predecir el comportamiento experimental, también se demuestra la influencia que presenta el tratamiento térmico sobre las propiedades mecánicas del acero DP 600, debido a que el material tratado térmicamente posee mayor ductilidad y resistencia mecánica inferior respecto al material en estado de entrega; por otra parte la evolución al daño y el factor triaxial de esfuerzos describen adecuadamente el proceso de degradación mecánica o pérdida de resistencia durante las simulaciones para ambos materiales. Abstract. The objective of this master thesis is to analyze experimentally and numerically the heat treatment annealing effect on the ductile damage accumulation in a dual phase steel (DP 600) subjected to uniaxial cyclic loads. The mechanical properties and the damage of the steel were obtained from experimental analyses that were required in order to calibrate the computational model. The experimental processes were conducted through the application of cyclic load-unload tensile test, to obtain elasticity modulus degradation as a measure of the accumulated damage on the dual phase steel. On the other hand, the constitutive model was based on the Elastoplastic Continuum Damage Mechanics theory, developed by Lemaitre in order to solve quasistatic formulations to large deformations. The algorithm was implemented in the commercial finite element software (ABAQUS) through assessment of a nonlinear explicit analysis and the developed of a specific VUMAT user subroutine written in FORTRAN language. Numerical results have shown a good fit with the experimental results on the prediction of the real material behavior. Also is evident the influence of the heat treatment has on the mechanical properties of the steel DP 600.The heat treated material showns high ductility and low mechanical strength in contrast with the no treated material; besides damage evolution and stress triaxiality factor adequately describe the process of mechanical degration or strength loss during simulations for both materials. Maestría

En los últimos años se ha estudiado el uso de hormigones reforzados con fibras (HRF) para construcción, reparación y refuerzo de elementos estructurales de hormigón armado sometidos a cargas cíclicas. En todos los casos se logra un aumento de la capacidad de disipación de energía, de la resistencia y disminución del daño que permite diseñar estructuras más esbeltas con menor cuantía de armadura. A pesar de los resultados experimentales alentadores disponibles, hace falta continuar con la investigación y el desarrollo de modelos numéricos que permitan diseñar y predecir el comportamiento del HRF en este tipo de aplicaciones. Para ello, es indispensable desarrollar modelos constitutivos que sean capaces de reproducir el comportamiento de compuestos cementicios reforzados con fibras bajo cargas cíclicas y calibrarlos con resultados experimentales. En este trabajo se presenta una extensión al caso de cargas cíclicas de un modelo previamente desarrollado para HRF bajo cargas cuasi estática monótona creciente. El modelo de compuesto considera las propiedades constitutivas de la matriz de hormigón y de las fibras e introduce de manera simplificada el desplazamiento fibra-matriz mediante una modificación del modelo constitutivo de las fibras. El arrancamiento de las fibras se simula mediante un modelo de arrancamiento que en este trabajo se extiende para considerar el efecto de las fibras en el cerrado de las fisuras. Luego de describir el comportamiento cíclico del HRF observado experimentalmente, se presenta el modelo constitutivo propuesto. Se estudian numéricamente problemas simples que ilustran el comportamiento del modelo y finalmente, se desarrolla un ejemplo de aplicación y comparación con resultados experimentales que muestra la capacidad del modelo para reproducir el comportamiento cíclico del HRF., Facultad de Ingeniería

Una junta fría lisa en el concreto es un plano débil no tratado causado por la interrupción de suministro de mezcla en el vaciado que puede afectar de manera considerable el desempeño de un sistema estructural. En este trabajo se aborda el problema de la generación de juntas frías lisas desde dos perspectivas complementarias a. se cuantifica la disminución de la resistencia debido a la aparición de juntas frías en concreto por medio de un extensivo diseño experimental de cilindros de concreto y b. se propone un modelo constitutivo y se analiza su desempeño para simular el comportamiento esfuerzo - deformación dependiente del tiempo del concreto en condiciones de carga (viscosidad) y no carga (fraguado). Se encuentran pérdidas de resistencia máxima de más del 30% para cilindros de concreto con juntas frías diagonales comparadas con cilindros sanos en tanto que los cilindros de concreto con junta fría horizontal no presentan disminución de resistencia por lo que la disminución de la resistencia depende de la orientación de la junta fría con relación a la dirección de los esfuerzos principales. Este aspecto tiene su explicación en la propuesta del modelo constitutivo de tipo viscoso -reactivo capaz de simular los resultados de la campaña experimental. Este trabajo abre la posibilidad de hacer modelación numérica de problemas de valor de contorno de estructuras que presenten una junta fría y de esta manera estudiar su influencia en la estabilidad global. A smooth cold joint of concrete is an untreated weak plane caused by an interruption of the casting process, which can significantly affect the performance of a structural system. In this paper, the problem of the generation of cold joints is approached from two complementary perspectives. a) The loss of resistance due to the occurrence of cold joints is quantified through an extensive experimental program of concrete cylinders and b) a constitutive model is proposed and its performance is analyzed to simulate the time-dependent behavior of concrete under load (viscosity) and no load (setting). A loss of resistance over 30% for cold concrete cylinders with diagonal joints was found, while concrete cylinders with horizontal cold joints had no loss of resistance. Thus, the loss of resistance depends on the orientation of the cold joint with respect to the direction of the main stresses. This aspect is explained by the proposed constitutive model of viscous-reactive type, which is able to simulate the results of the experimental program. This work opens the possibility of numerical modeling of boundary value problems of structures with a cold joint and to study their influence on the structure’s overall stability.

Una junta fría lisa en el concreto es un plano débil no tratado causado por la interrupción de suministro de mezcla en el vaciado que puede afectar de manera considerable el desempeño de un sistema estructural. En este trabajo se aborda el problema de la generación de juntas frías lisas desde dos perspectivas complementarias a. se cuantifica la disminución de la resistencia debido a la aparición de juntas frías en concreto por medio de un extensivo diseño experimental de cilindros de concreto y b. se propone un modelo constitutivo y se analiza su desempeño para simular el comportamiento esfuerzo - deformación dependiente del tiempo del concreto en condiciones de carga (viscosidad) y no carga (fraguado). Se encuentran pérdidas de resistencia máxima de más del 30% para cilindros de concreto con juntas frías diagonales comparadas con cilindros sanos en tanto que los cilindros de concreto con junta fría horizontal no presentan disminución de resistencia por lo que la disminución de la resistencia depende de la orientación de la junta fría con relación a la dirección de los esfuerzos principales. Este aspecto tiene su explicación en la propuesta del modelo constitutivo de tipo viscoso -reactivo capaz de simular los resultados de la campaña experimental. Este trabajo abre la posibilidad de hacer modelación numérica de problemas de valor de contorno de estructuras que presenten una junta fría y de esta manera estudiar su influencia en la estabilidad global.

This research is presented to develop the following specific objectives: i) to calibrate constitutive model parameters after a compilation of published subsurface investigation reports of the POLB and to determine the suitability of these parameters to reproduce laboratory tests following different stress paths and shear strain levels; ii) to assess the use of advanced constitutive models like the UBC3D-PLM to predict the behavior of the POLB when a seismic event induces liquefaction; iii) to provide recommendations related to the resulting permanent deformations and residual strength of soils which could compromise the resiliency of the port. To achieve these goals, was used a numerical analyses using the UBC3D-PLM soil model to determine the onset of liquefaction and estimate ground-induced settlements based on post-liquefaction excess pore water pressure dissipation. This work presents the results of boundary value element simulations of cyclic direct simple shear, monotonic triaxial compression, numerical simulations of the free-field response and of different story structures in the site when an Operating and Contingency Levels Earthquake occur. In general, it has been observed that the model has certain limitations but is capable to predict the onset of liquefaction and the liquefaction-induced settlements after the dissipation of the excess pore water pressure. Resumen: En las últimas décadas, los proyectos de expansión de las instalaciones portuarias en California, USA, han sido completados mediante la utilización de rellenos hidráulicos. Estos rellenos artificiales sueltos e incluso los depósitos estuarinos y marinos naturales que le subyacen, han demostrado ser susceptibles a licuación. El caso de estudio presentado en esta investigación, el POLB, Pier S, que se encuentra a pocas millas de las fallas Newport-Inglewood y Palos Verdes, ofrece una oportunidad única de usar modelos constitutivos avanzados para evaluar licuación. Esta investigación es presentada para desarrollar los siguientes objetivos específicos: i) calibrar los parámetros del modelo constitutivo luego de una recopilación de las investigaciones del subsuelo publicadas del POLB y determinar la idoneidad de estos parámetros para reproducir ensayos de laboratorio siguiendo diferentes trayectorias de esfuerzos y niveles de deformaciones por cortante; ii) evaluar el uso de modelos constitutivos avanzados como el UBC3D-PLM para predecir el comportamiento del POLB cuando un evento sísmicos induzca licuación.; iii) dar recomendaciones relacionadas con las deformaciones permanentes y resistencias residuales de los suelos que puedan comprometer la capacidad de recuperación del puerto. Para lograr estos objetivos, se utilizó un análisis numérico usando el modelo constitutivo UBC3D-PLM para determinar el inicio de licuación y estimar los asentamientos inducidos basado en la disipación del exceso de presión de poros después de la licuación. Este trabajo presenta los resultados de las simulaciones de cortes directo simple, triaxial a compresión, simulaciones numéricas para la respuesta de un campo libre y de estructuras con diferentes pisos en el sitio cuando un nivel operacional y de contingencia ocurre. En general, se ha observado que el modelo tiene ciertas limitaciones pero es capaz de predecir el inicio de la licuación y de los asentamientos inducidos por licuación luego de la disipación del exceso de presión de poros. Maestría

El Bambú Guadua angustifolia (BGA) es un material apto para la construcción gracias a su carácter compuesto, su naturaleza funcionalmente gradada, su resistencia, su forma y su abundancia. Esta tesis estudia el proceso de fractura y la respuesta estructural del Bambú Guadua angustifolia Laminado (BGL) como material compuesto, teniendo en cuenta el comportamiento de su matriz y sus fibras por separado. Para ello, se plantea e implementa un modelo numérico micromecánico en condición plana de esfuerzos y deformación infinitesimal, en el marco del Método de los Elementos Finitos (MEF). El comportamiento de las fibras se representa a partir del modelo de plasticidad unidimensional, con una modificación del parámetro de ablandamiento. La matriz responde al modelo constitutivo de daño isótropo, con el cual se detecta la degradación del material durante la falla. El comportamiento del compuesto se determina mediante una teoría de homogenización y se implementó la metodología de la Metodología de las Discontinuidades Fuertes en el Continuo (CSDA) y el análisis de bifurcación material, para detectar la ubicación y el instante de aparición de cada fisura en el BGL. Se determinó que la metodologia de fibras largas con diámetro despreciable es la teoría de homogenización más apropiada y sencilla para describir el comportamiento del BGL. Lo anterior se concluyó comparando la rigidez, resistencia y energía por ablandamiento, con la teoría de mezclas clásica y los modelos de campo medio. El comportamiento del grupo de fibras se representó a partir del modelo constitutivo de las fibras individuales, del modelo estadístico de Weibull y de una técnica propuesta de fallo progresivo. Ese modelo determinó acertadamente el módulo de elasticidad inicial, el esfuerzo normal máximo y la energía de deformación por ablandamiento. Se realizaron simulaciones numéricas de probetas fabricadas con BGL sometidas a fuerza axial. Se concluyó que el modelo implementado representa satisfactoriamente la respuesta estructural y la trayectoria de fisuración de los elementos de BGL. Abstract. The Bamboo Guadua angustifolia (BGA) is a material suitable for construction due to its composite characteristics, functionally graded nature, strength, shape, and abundance. In this thesis, the fracture process and the structural response of the Laminated Bamboo Guadua angustifolia (BGL) were studied as a composite material, taking into account the behavior of its matrix and its fibers separately. For this purpose, a micromechanical numerical model is proposed and implemented in plane stress condition and infinitesimal deformation, following the Finite Element Method. The fibers’ mechanical behavior is determined using the one-dimensional plasticity model, by modifying the softening parameter. The matrix responds to the isotropic damage constitutive model, which detects the degradation of the material during the failure. The mechanical behavior, the time of failure, and the location of each crack in the BGL are determined by a homogenization theory, the material bifurcation analysis, and the Continuum Strong Discontinuities Approach (CSDA). This work concluded that the methodology of long fibers with negligible diameter is the most appropriate and simple homogenization theory to describe the behavior of BGL. This conclusion was reached by comparing this model with the classical mixing theory and the mean field models, measuring the stiffness, strength, and fracture energy. The behavior of the fibers group is represented by the constitutive model of the individual fibers, the Weibull statistical model, and a proposed progressive failure technique. This constitutive model accurately determined the initial elasticity modulus, the maximum normal stress, and the softening energy. BGL specimens with axial load were simulated with the proposed numerical model. This thesis concluded that the implemented model satisfactorily represents the mechanical response and the cracking path of the BGL structural members. Doctorado

Resumo. A deterioração de estruturas compromete sua segurança estrutural, devendo ser restabelecida através de soluções de reabilitação ou reforço das mesmas. Sistemas de reforço utilizando compósitos de fibra de carbono (PRFC) têm sido cada vez mais empregados na Construção Civil, sobretudo, por suas excelentes propriedades mecânicas aliadas ao seu baixo peso, apesar do seu alto custo em comparação com outras técnicas. Modelos computacionais proporcionam uma visão mais aprofundada do problema, permitindo avaliar parâmetros que não podem ser obtidos por outras técnicas. O Concrete Damaged Plasticity (CDP) é um modelo baseado na plasticidade e no dano do material, sendo utilizado para modelar o concreto e outros materiais quase frágeis. Este artigo busca por meio de simulações numéricas, realizadas com o uso da ferramenta computacional ABAQUS, validar o modelo constitutivo CDP e melhor caracterizar os mecanismos resistentes e de deformação de pilares de concreto armado encamisados com PRFC. A validação do CDP é realizada comparando o comportamento dos modelos com exemplos numéricos encontrados na literatura. Para quantificar os efeitos do confinamento de pilares de concreto armado pelo encamisamento com PRFC são comparados os resultados do pilar reforçado com fibra de carbono com os resultados dos pilares de concreto simples e de concreto armado. Palavras-Chaves: ABAQUS, Compósitos de Fibra de Carbono, Concrete Damaged Plasticity, Modelo Constitutivo, Reforço de Pilares de Concreto.

In this thesis two all-steel BRB have been designed, manufactured and tested, and both satisfy the testing protocols required by EU and US codes. They are composed of a steel slotted restraining unit which stabilizes the steel core. The first one, the Modular Buckling Restrained Brace (MBRB), is composed by several seriated modules which contain several dissipation units connected in parallel, which yield under shear forces. Although it has good hysteretic response and a high ductility, its core is heavy and expensive to manufacture. The second one,the Slotted Buckling Restraining Brace (SBRB), solves these two shortcomings. It yields under axial forces, like the conventional BRBs, but the usual solid core has been substituted by a perforated plate. The core is a one-piece element composed of two lateral bands, of a nearly uniform section and designed to yield, connected by stabilizing bridges, which behave elastic. The buckling prevention of the lateral bands is done by the restraining unit and the stabilizing bridges. Design expressions have been proposed to design both devices, and a numerical material model have been formulated and implemented in commercial finite element method software to numerically simulate the behavior of the braces, which will reduce the need of full scale tests for its design, En la present tesi, dos BVR totalment metàl·lics s’han dissenyat, fabricat i assajat, satisfent tots dos els requeriments dels protocols definits per les normes europees i americanes. Estan formats per un element de travat ranurat que estabilitza el nucli metàl·lic. El primer d’ells, el Braç de Vinclament Restringit Modular (BVRM), està format per diversos mòduls seriats que a la vegada contenen diverses unitats de dissipació, que plastifiquen sota esforços tallants, connectades en paral·lel. Tot i que té un bon comportament histerètic i una gran ductilitat, el nucli és pesat i difícil de fabricar. El segon braç, anomenat Braç de Vinclament Restringit Ranurat (BVRR), soluciona aquests inconvenients. Plastifica sota esforços axials, de la mateixa manera que els BVR convencionals, però el nucli massís és substituït per una platina perforada. Aquest nucli consisteix en un únic element composat per dos bandes laterals, dissenyades per a plastificar i amb una secció quasi constant, connectades per diversos ponts estabilitzadors que es mantenen sempre en el seu rang elàstic. Aquests ponts, juntament amb l’element de travat, impedeixen el vinclament de les bandes laterals. S’han proposat diverses expressions de disseny pels dos braços. S’ha formulat i implementat, en un programa d’elements finits comercial, un model de material per a simular numèricament el comportament dels braços, reduint així la dependència dels assajos a escala real durant el seu procés de disseny

Una junta fría en un elemento de concreto es la formación de un plano de debilidad o articulación causado por la interrupción prolongada de suministro de mezcla fresca en el proceso de vaciado, que ocasiona pérdida de resistencia mecánica en el elemento. La pérdida de resistencia depende del tiempo de interrupción de mezcla, es decir, del tiempo de formación de junta fría, de la edad del concreto y del grado de inclinación del plano de la junta con respecto a la dirección de la carga. A cold joint in concrete element is the formation of a weakness plane or joint caused by the prolonged interruption of supply of fresh concrete in the casting process, which causes strength loss in the element. The specimen strength loss depends on the mixture time interruption, ie, the cold joint time formation, the concrete age and the inclination degree of the joint plane with respect to the loading direction. Magíster en Ingeniería Civil Maestría

Las presas de enrocado con cara de concreto (CFRD) son el tipo de presa más ampliamente construida hoy en día, esto se debe a las características de estabilidad propias de su tipo, a la optimización y reducción en los tiempos de ejecución y a que los requerimientos y tratamientos en la fundación son menos exigentes y más sencillos de llevar a cabo en comparación con otros tipos de presas. Sin embargo el actual estado empírico en la práctica de este tipo de presas ha sido cuestionado y puesto en duda, debido a que durante la última década, varias CFRDs de gran altura experimentaron agrietamiento significativo en la parte central de la cara de concreto durante el primer llenado del embalse. El diseño y desarrollo de las presas de enrocado con cara de concreto ha sido basado primordialmente en precedente y empirismo; sin embargo los incidentes recientes han mostrado que la extrapolación del pasado con los procedimientos actuales puede tener serias consecuencias. La ocurrencia de estos incidentes, sugiere la necesidad de desarrollar herramientas analíticas para predecir el comportamiento de este tipo de presas. Con modernas herramientas computacionales existe la posibilidad de hacer análisis de sensibilidad de la influencia de los parámetros particulares que influyen en el comportamiento de este tipo de presas y por lo tanto, evaluar la viabilidad de diferentes medidas de mitigación para reducir el nivel de esfuerzos en la cara de concreto. Con el propósito de estimar de manera consistente el comportamiento de este tipo de presas, se ha venido desarrollando una metodología de análisis de comportamiento de presas de enrocado con cara de concreto mediante la implementación de un modelo numérico en tres dimensiones por parte de Ingetec S.A. Ya que este trabajo de investigación hace parte de tal desarrollo metodológico, el objetivo principal de éste, es el de dar continuidad, optimizar y validar esta metodología, para lo cual se presenta el desarrollo de un modelo numérico en tres dimensiones para la presa de enrocado con cara de concreto del proyecto hidroeléctrico Porce III, que permita determinar el comportamiento de ésta y compararlo con las mediciones realizadas mediante la instrumentación geotécnica, ya que comparaciones satisfactorias entre las mediciones y los resultados del modelo, además de enriquecer la metodología, permiten validarla para que se constituya en una herramienta racional y robusta de análisis del comportamiento de este tipo de estructuras. La comparación entre las mediciones de instrumentación y los resultados del modelo numérico se realizaron para los dos escenarios claves en la respuesta de la presa. El primero es al final de las etapas de construcción, con el cual se evalúa el comportamiento de la presa, principalmente de los enrocados en función del proceso constructivo, las cargas de peso propio y la calidad de los materiales de relleno. El segundo, el más crítico y por eso el más importante de los dos, es al final del proceso de llenado, con lo cual se aprecia además del comportamiento de los enrocados, el comportamiento principalmente de la cara de concreto ante las solicitaciones producidas por la carga hidrostática que actúa sobre ésta debido a la acción del embalse. Con el fin de desarrollar el presente trabajo se realizó la revisión, el procesamiento y el análisis de la información de monitoreo obtenida a partir de la instrumentación geotécnica instalada, la cual permitió determinar el comportamiento de la presa al llevarse a cabo su construcción y durante el transcurso de llenado del embalse. Posteriormente se desarrolló un modelo de elementos finitos en tres dimensiones para la presa Porce III, el cual fue basado en la topografía del terreno del sitio de presa y en la secuencia constructiva que se proyectó para la construcción de ésta. El modelo se desarrolló en el software multipropósito de elementos finitos ABAQUS R (2013), donde se incorporan las diferentes etapas de construcción, incluyendo la colocación del relleno de la presa, la construcción de la losa y el llenado del embalse. En este modelo se tuvieron en cuenta los modelos constitutivos de los materiales, las interfases entre ellos y las condiciones de frontera propias de la modelación. En los análisis numéricos de CFRDs, el modelo constitutivo del enrocado es la base más importante del análisis. El comportamiento esfuerzo-deformación de enrocados tiene una respuesta no lineal con el nivel de esfuerzo siguiendo el comportamiento de un material que endurece por deformación. En la modelación se utilizó el modelo hiperbólico planteado por [Duncan et al, 1980]. Adicionalmente se realizó en esta investigación una propuesta de extensión al modelo, la cual incluye una definición más general, planteándolo en término de esfuerzos equivalentes. También se involucró el comportamiento transversalmente anisotrópico presentado por los enrocados puestos en presas de este tipo, el cual es determinante en la obtención de resultados consistentes. Abstract. Rockfill dam with concrete face (CFRD) are the most widely type of dam built today, this is due to the characteristics typical of its kind stability, optimization and reduction in execution times since the requirements and treatments in the foundation are less demanding and easier to perform compared to other types of prey. However the empirical state current practice in these dams has been challenged and challenged, because during the last decade, several tall CFRDs experienced significant cracking in the central part of the face in the first concrete filling the reservoir. The design and development of dams concrete face rockfill has been based primarily on precedent and empiricism; however the recent incidents have shown that extrapolation of the past with the current procedures can have serious consequences. The occurrence of these incidents, suggests the need to develop analytical tools to predict the behavior of this type of prey. With modern computational tools is possible to do sensitivity analysis of the influence of individual parameters that influence the behavior of this type of dams and therefore assess the feasibility of different mitigation measures to reduce the level of effort in concrete face. Con el propósito de estimar de manera consistente el comportamiento de este tipo de presas, se ha venido desarrollando una metodología de análisis de comportamiento de presas de enrocado con cara de concreto mediante la implementación de un modelo numérico en tres dimensiones por parte de Ingetec S.A. Since this research is part of such methodological development, the main purpose of it, is to give continuity, optimize and validate this methodology, for which the development of a three-dimensional numerical model for rockfill dam presents concrete face Porce III hydroelectric project, should determine the behavior of this and compare it to measurements made by the geotechnical instrumentation as satisfactory comparisons between measurements and model results, in addition to enriching the methodology, validate allow for which becomes a rational and robust tool for analyzing the behavior of such structures. The comparison between the measurements and instrumentation numerical model results were performed for two key stages in the response of the dam. The first is the end stage of construction, with which the behavior of the dam, mainly of riprap depending on the construction process loads own weight and quality of the fillers is evaluated. The second and more critical and therefore the most important of them is the end of the filling process, which is also seen in the behavior of riprap, behavior primarily of concrete face to the stresses produced by the hydrostatic load acting on it due to the action of the reservoir. In order to develop this work reviewing, processing and analysis of monitoring data obtained from the geotechnical instrumentation installed was performed, which allowed to determine the behavior of the dam to be carried out during the construction and during filling of the reservoir. Finite element model in three dimensions for the Porce III dam, which was based on the topography of the dam site and the construction sequence was screened for building it was subsequently developed. The model was developed in the multipurpose finite element software ABAQUS (2013), where the different stages of construction are incorporated, including the placement of fill dam, the construction of the slab and the filling of the reservoir. In this model took into account the constituent models of materials, the interfaces between them and the conditions of border specific to the modeling. In the numerical analysis CFRDs, the constitutive model of rockfill is the most important basis of the analysis. The stress-strain behavior of riprap has a nonlinear response to the level of effort following the behavior of a strain-hardening material. Hyperbolic model proposed by [Duncan et al, 1980] was used in the modeling. In addition, a proposal to extend the model was made in this investigation, which includes a more general definition, posing it in terms of equivalent efforts. The transversely anisotropic behavior exhibited by riprap placed on dams of this type, which is crucial in obtaining consistent results are also involved. Maestría

Localised failure in geomaterials is preceded and accompanied by intensive deformation and irreversible micro-structural changes of the material in a small but finite size region. Shear, compaction, and dilation bands observed in soils and porous rocks are typical examples of phenomena that lead to localised failure. The width h of the localisation band has been experimentally shown to be a physical quantity related to the microstructure of the material. On the other hand, numerical methods for the solution of boundary value problems usually introduce another length scale H, as a result of the spatial discretisation of the considered domain into smaller ones over which the constitutive response of the material is defined in terms of incremental stress-strain relationships. While h, as a physical quantity, is fixed, H varies with the resolution of the numerical discretisation. Since h scales with the material microstructure and therefore is usually much smaller than the resolution of the numerical discretisation, the case H > h is considered in this study, e.g. failure behaviour governed by a localisation band of width h embedded in an elastic bulk of nominal side H. We present a general constitutive modelling framework to connect these two scales, and corresponding responses of the materials inside and outside the localisation zone. We demonstrate how this approach can help obtain physically meaningful solutions that are independent of the spatial discretisation in numerical analysis. Numerical analyses of localised failure in quasi-brittle materials are used to further highlight the features and applicability of the proposed approach. Fallas localizadas en geomateriales están precedidas y se dan en conjunto con deformaciones intensas y cambios micro estructurales irreversibles del material en una región de tamaño finito, pero pequeña. Corte, compactación y bandas de dilatación observables en suelos y rocas porosas son ejemplos típicos de fenómenos que conducen a fallas localizadas. Ha sido experimentalmente demostrado que el ancho h de la banda de localización es una cantidad física relacionada con la micro estructura del material. Por otro lado, métodos numéricos para la resolución de problemas de valor en la frontera usualmente introducen otra longitud de escala H como un resultado de la discretización espacial del dominio considerado en partes más pequeñas sobre el cual la respuesta constitutiva del material está definida en términos de relaciones incrementales de tensión-deformación. Mientras h como cantidad física está fija, H varía con la resolución de la discretización numérica. Dado que h escala con la micro estructura del material y por lo tanto es usualmente mucho más pequeño que la resolución de la discretización numérica, el caso H > h es considerado en este estudio, por ejemplo el comportamiento en falla gobernado por una banda de localización de ancho h inserta en una masa elástica de lado nominal H. Se presenta un marco de modelamiento constitutivo general para conectar estas dos escalas, y las respuestas correspondientes del material dentro y fuera de la zona de localización. Se demuestra como esta estrategia puede ayudar a obtener soluciones con significado físico que son independientes de la discretización espacial en análisis numéricos. Análisis numéricos de falla localizada en materiales cuasi frágiles son además usados para destacar las características y aplicabilidad de la estrategia propuesta.

El present treball té dos objectius fonamentals: 1) Obtenir models matemàtics per a definir el comportament d’alguns materials termoplàstics específics a partir de les dades de l’anàlisi dinamo-mecànic (DMA) i poder predir els mòduls de tracció i de creep sense utilitzar la màquina universal d’assajos (MUE). 2) Obtenir codis de simulació on l’usuari pugui predir aquests mateixos mòduls de tracció i de creep introduint els paràmetres d’entrada necessaris. Aquests paràmetres són la velocitat de deformació, el temps i la temperatura. Així, el concepte bàsic d’aquest projecte és el següent: a partir de les dades de DMA, i amb l’ús de sofisticats models matemàtics, es pot predir la resposta del material en assajos de tracció o de creep (o de relaxació de tensions) sense realitzar més experiències. Per a assajos de tracció la resposta es troba en funció de la velocitat de deformació i de la temperatura del material. En assajos de creep (o de relaxació de tensions) la resposta es troba en funció del temps i de la temperatura del material. El mateix pot realitzar-se amb programes de simulació introduint els paràmetres necessaris. Una vegada feta la caracterització a partir dels valors experimentats en DMA, es poden predir altres resultats dintre del rang de treball. Això s’aconsegueix simulant altres experiments mitjançant un simulador computacional, estalviant temps i diners. En aquesta tesi, els bucles de tracció i de creep han estat realitzats per a tres materials. Així i tot, el procediment mostrat en aquest treball pot ser aplicat a diferents matrius, amb o sense fibres. Aquesta tesi presenta diverses contribucions: 1) Creació d’un nou model matemàtic per al bucle de tracció en funció de la velocitat de deformació i de la temperatura. 2) Subrutina per a poder alimentar un codi en ANSYS® permetent introduir diferents velocitats de deformació. 3) Creació de dos nous models matemàtics per al bucle de creep mitjançant la introducció de coeficients alfa en el domini de la freqüència. 4) Modificacions dels coeficients dels models matemàtics per al bucle de creep per a passar del domini de la freqüència al domini del temps. 5) Desenvolupament d’equacions per a determinar els paràmetres de les series de Prony (models generalitzats de Kelvin-Voigt i de Maxwell) amb n=1 o n=2. 6) Desenvolupament d’equacions per a determinar els coeficients del model generalitzat de Kelvin-Voigt a partir dels coeficients del model generalitzat de Maxwell o viceversa, amb n=1 o n=2, per a poder canviar de model. 7) Descripció d’un procediment per a desenvolupar els models matemàtics que poden ser aplicats a altres materials termoplàstics. En resum, amb aquestes contribucions, es proposen nous models d’equacions per a estudiar aquestes propietats mecàniques en funció de la velocitat de deformació (en tests de tracció), del temps (en tests de creep), i de la temperatura (en ambdós tests)., El presente trabajo tiene dos objetivos fundamentales: 1) Obtener modelos matemáticos para definir el comportamiento de algunos materiales termoplásticos específicos a partir de los datos del análisis dinamomecánico (DMA) y poder predecir los módulos de tracción y de creep sin usar la máquina universal de ensayos (MUE). 2) Obtener códigos de simulación donde el usuario pueda predecir estos mismos módulos de tracción y de creep introduciendo los parámetros de entrada necesarios. Estos parámetros son la velocidad de deformación, el tiempo y la temperatura. Así, el concepto básico de este proyecto es el siguiente: a partir de los datos de DMA, y con el uso de sofisticados modelos matemáticos, se puede predecir la respuesta del material en ensayos de tracción o de creep (o de relajación de tensiones) sin realizar más experiencias. Para ensayos de tracción la respuesta se encuentra en función de la velocidad de deformación y de la temperatura del material. Para ensayos de creep (o de relajación de tensiones) la respuesta se encuentra en función del tiempo y de la temperatura del material. Lo mismo puede realizarse con programas de simulación introduciendo los parámetros necesarios. Una vez realizada la caracterización a partir de los valores experimentados en DMA, se pueden predecir otros resultados cualesquiera dentro del rango de trabajo. Esto se consigue simulando otras experiencias mediante un simulador computacional, ahorrando tiempo y dinero. En esta tesis, los bucles de tracción y de creep han sido realizados para tres materiales. Sin embargo, el procedimiento mostrado en este trabajo puede ser aplicado a distintas matrices, con o sin fibras. Esta tesis presenta distintas contribuciones: 1) Creación de un nuevo modelo matemático para el bucle de tracción en función de la velocidad de deformación y de la temperatura. 2) Subrutina para poder alimentar un código en ANSYS® permitiendo introducir diferentes velocidades de deformación. 3) Creación de dos nuevos modelos matemáticos para el bucle de creep mediante la introducción de coeficientes alfa en el dominio de la frecuencia. 4) Modificaciones de los coeficientes de los modelos matemáticos para el bucle de creep para pasar del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo. 5) Desarrollo de ecuaciones para determinar los parámetros de las series de Prony (modelos generalizados de Kelvin-Voigt y de Maxwell) con n=1 o n=2. 6) Desarrollo de ecuaciones para determinar los coeficientes del modelo generalizado de Kelvin-Voigt a partir de los coeficientes del modelo generalizado de Maxwell o viceversa, con n=1 o n=2, para poder cambiar de modelo. 7) Descripción de un procedimiento para desarrollar los modelos matemáticos que pueden ser aplicados a otros materiales termoplásticos. En resumen, con estas contribuciones, se proponen nuevos modelos de ecuaciones para estudiar estas propiedades mecánicas en función de la velocidad de deformación (en tests de tracción), del tiempo (en tests de creep), y de la temperatura (en ambos tests)., The present work has two fundamental objectives: 1) Obtaining of mathematical models to define the behavior of some specific thermoplastic materials from dynamic mechanical analysis (DMA) data and predict tensile and creep moduli without using the universal testing machine (MUE). 2) Obtaining of simulation codes where the user can predict these same tensile and creep moduli introducing the necessary input parameters. These parameters are strain rate, time and temperature. So, the base concept of this project is the following: from DMA data, and with the use of sophisticated mathematical models, the response of the material in tensile or creep (or stress relaxation) assays can be predicted without any further experimentation. For tensile assays, the response is given as a function of strain rate and temperature of the material. For creep (or stress relaxation) assays, the response is given as a function of time and temperature of the material. The same can be done with simulation programs introducing the necessary parameters. Once this characterization is done for the values experimented in DMA, one can predict any other results within the working range. It allows simulating other experiments through a computational simulator, to save time and money. In this thesis, tensile and creep loops are performed with three materials. However, the procedure shown in this work can be applied to different matrices, with or without fibers. There are several contributions of this thesis: 1) Creation of a new mathematical model for tensile loop as a function of strain rate and temperature. 2) Subroutine to feed an ANSYS® code with the introduction of different strain rates. 3) Creation of two new mathematical models for creep loop with the introduction of alpha coefficients in the frequency domain. 4) Modifications of the coefficients of the mathematical models for creep loop to pass from frequency domain to time domain. 5) Development of equations to determine the parameters of the Prony series (generalized Kelvin-Voigt and generalized Maxwell models) with n=1 or n=2. 6) Development of equations to determine the coefficients of the generalized Kelvin-Voigt model from the coefficients of the generalized Maxwell model or the other way round, with n=1 or n=2, to change the model. 7) Description of the procedure to develop the mathematical models that can be applied to other thermoplastic materials. In conclusion, with these contributions, new models of equations to study these mechanical properties are proposed as a function of strain rate (in tensile tests), time (in creep tests) and temperature (in both tests).

161 páginas Esta investigación propone y pone prueba un modelo conceptual y posteriormente constitutivo para deslizamientos profundos en la ladera oriental del Valle de Aburrá. El modelo propone la presencia de un acuífero inconfinado entre el macizo rocoso y un estrato superior de suelo impermeable que genera una sobrecarga a la ladera y ocasiona movimientos en masa profundos. El acuífero es generado por una zona de recarga en la parte alta de la ladera y en el Valle de San Nicolás, debido a la presencia, en estos lugares, de cavernas, cárcavas y dolinas que permite la infiltración de precipitaciones y flujos superficiales. This paper verifies a conceptual model and a constitutive model established from deep landslides on the eastern slopes of the Valle de Aburrá. The model suggests the presence of an aquifer between the bedrock and the upper layer of impermeable soil, that generates an overload to the slope triggering deep mass movements. The aquifer is generated by a recharge zone at the top of the slope and the Valle de San Nicolás, due to the presence of caves, crevices and sinkholes that allows the infiltration of precipitation and surface flows.

Se presenta una revisión de varios modelos utilizados para explicar el comportamiento mecánico del cartílago articular. La revisión hace énfasis en modelos mecánicos ya que los modelos físico químicos desbordan el alcance del análisis de sólidos que se quiere tratar. La mayoría de los modelos revisados retoman la idea planteada por Mow, la cual plantea que este tipo de tejidos puede ser modelado como un material bifásico, en donde cada fase tiene sus características específicas y la interacción entre ellas brinda las propiedades mecánicas del tejido como un global. El planteamiento de un modelo fenomenológico para el cartílago articular es complejo debido a la naturaleza de la respuesta bajo cargas transitorias y a los fenómenos físico químicos acoplados que tienen lugar. Los modelos futuros deberán estar orientados a considerar integralmente dichas características e interacciones. In this article, a review of several models used to explain the mechanical behavior of the articular cartilage is presented. This review makes an emphasis on the mechanical models because the physical-chemical models are out of scope of the solid behavior analysis explained in this study. Most of the revised models retake the idea proposed by Mow which states that this type of tissues can be modeled as a biphasic material where each phase has got its specific characteristics and the interaction among these phases offers the tissue overall mechanical properties. The approach of a phenomenological model for an articular cartilage is complex due to the nature of the transitory loads answer and bonded physical-chemical phenomena. The future models will have to be oriented to consider, in an integrated way, these characteristics and interactions among them.