An enriched constitutive modelling framework for localised failure of geomaterials

Abstract

Fallas localizadas en geomateriales estan precedidas y se dan en conjunto con deformaciones intensas y cambios micro estructurales irreversibles del material en una region de tamano finito, pero pequena. Corte, compactacion y bandas de dilatacion observables en suelos y rocas porosas son ejemplos tipicos de fenomenos que conducen a fallas localizadas. Ha sido experimentalmente demostrado que el ancho h de la banda de localizacion es una cantidad fisica relacionada con la micro estructura del material. Por otro lado, metodos numericos para la resolucion de problemas de valor en la frontera usualmente introducen otra longitud de escala H como un resultado de la discretizacion espacial del dominio considerado en partes mas pequenas sobre el cual la respuesta constitutiva del material esta definida en terminos de relaciones incrementales de tension-deformacion. Mientras h como cantidad fisica esta fija, H varia con la resolucion de la discretizacion numerica. Dado que h escala con la micro estructura del material y por lo tanto es usualmente mucho mas pequeno que la resolucion de la discretizacion numerica, el caso H > h es considerado en este estudio, por ejemplo el comportamiento en falla gobernado por una banda de localizacion de ancho h inserta en una masa elastica 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 localizacion. Se demuestra como esta estrategia puede ayudar a obtener soluciones con significado fisico que son independientes de la discretizacion espacial en analisis numericos. Analisis numericos de falla localizada en materiales cuasi fragiles son ademas usados para destacar las caracteristicas y aplicabilidad de la estrategia propuesta.