Estudio del comportamiento dinámico de arenas bajo cargas monotónicas y cíclicas mediante ensayos de corte simple, complementados con simulaciones DEM en régimen monotónico

Abstract

El presente trabajo estudia el comportamiento mecánico de una arena de cuarzo normalizada bajo cargas monotónicas y cíclicas mediante un enfoque experimental-numérico integrado. En el plano experimental, se ejecutaron nueve ensayos de corte simple (DSS) monotónicos bajo confinamientos de 50, 100 y 200 kPa, y siete ensayos DSS cíclicos a 100 kPa con amplitudes entre 0,025 y 1,0 mm (deformaciones angulares cíclicas γ ≈ 0,14-4,6 %), todos sobre probetas secas preparadas a densidad relativa Dr ≈ 73 %. Los ensayos monotónicos permitieron obtener la envolvente de Mohr-Coulomb (ángulo de fricción movilizado φ' = 42,7°, sin peak definido dentro del rango ensayado) y caracterizar la degradación del módulo de corte secante G. Los ensayos cíclicos caracterizaron el módulo de corte G y el amortiguamiento D en el rango de grandes deformaciones (γ ≈ 1,2-4,6 %) para las amplitudes confiables (E4-E7), descartando los tres ensayos de menor amplitud por encontrarse por debajo del umbral de exactitud instrumental del actuador (±0,07 mm, ASTM D8296 §6.9). Esta limitación instrumental deja sin cobertura el tramo de pequeñas y medias deformaciones, por lo que la construcción de curvas de degradación completas queda fuera del alcance experimental del presente trabajo. En el plano numérico, se calibraron simulaciones DEM en YADE con celda periódica para régimen monotónico, comparando tres representaciones de partícula contra el material de estudio, siendo estas esferas puras, esferas con fricción de rodadura y cohesión de contacto, y clumps de forma real (75 templates digitalizados a partir de granos reales, provistos por el grupo de investigación). La representación con rodadura y cohesión (μ = 0,40, η = 0,20, cohesión = 1 MPa) reprodujo la envolvente de falla experimental (construida con el esfuerzo movilizado a γ = 20 %, φ = 41,1°) con un error de 1,5° sobre los tres niveles de confinamiento, sosteniendo su resistencia mediante una fábrica de contactos fuertemente anisótropa y una transmisión de fuerzas heterogénea, indicativas de cadenas de fuerza alineadas con la dirección de cizalla. Las esferas puras, en cambio, mostraron un techo estructural en su resistencia asociado a la rotación libre intrínseca a su geometría. Se identificó, además, que(...).