FLAC3D vs 3DEC: Modelado Numérico Avanzado para Geotecnia

FLAC3D vs. 3DEC: Modelado Numérico Avanzado

A continuación, se presentan respuestas a preguntas clave sobre FLAC3D y 3DEC, dos programas de modelado numérico utilizados en geotecnia.

Diferencias entre FLAC3D y 3DEC

FLAC3D es un programa tridimensional basado en el método de diferencias finitas generalizadas (también conocido como "Método finito de Newton") para simular comportamientos continuos no lineales. En contraste, 3DEC es un programa tridimensional basado en elementos discretos, diseñado para modelar materiales discontinuos.

Base de Cálculo de FLAC3D y 3DEC

Ambos programas se basan en métodos numéricos iterativos. FLAC3D utiliza el método de diferencias finitas generalizadas.

Concepto de Malla

La malla es una colección de vértices, aristas y caras que definen la geometría de un objeto representado. En FLAC3D, se utilizan principalmente tetraedros, mientras que en 3DEC se emplean hexaedros.

Discontinuidades en FLAC3D

La afirmación "FLAC3D no permite la inclusión de discontinuidades en sus modelos" es FALSA. FLAC3D permite modelar discontinuidades mediante el uso de elementos de interfaz, que permiten simular y entender el comportamiento de planos de debilidad.

Diferencias entre Diferencias Finitas y Elementos Finitos

El método de diferencias finitas itera hasta encontrar una solución o convergencia. En cambio, el método de elementos finitos resuelve una matriz.

Concepto de Amortiguación

La amortiguación ayuda a absorber la energía y las vibraciones que se producen durante la resolución de los modelos en 3DEC. Un comando asociado es damp local.

Medio Continuo vs. Medio Discontinuo

Un medio continuo, aplicado a suelos, estudia el estado de esfuerzo-deformación de sólidos sin considerar estructuras internas, asumiendo la carencia de vacíos o discontinuidades y una distribución continua de la materia. En contraste, un medio discontinuo considera la presencia de estructuras y discontinuidades, asumiendo que las propiedades de la materia no se distribuyen uniformemente.

Comandos para Densificar en 3DEC

Dos comandos para densificar en 3DEC son:

• JSET: Permite crear cortes de construcción para dividir el modelo en varias partes, densificando la malla.
• Densify: Densifica el modelo según los parámetros especificados en el comando.

Condiciones Iniciales en Modelos

Es necesario asignar condiciones iniciales a los modelos para simular el estado original del terreno antes de cualquier excavación o construcción. Ejemplo de comandos para un modelo de (10x10x10) con condiciones de borde tipo rodillo y esfuerzos iniciales (densidad 2000 ton/m3):

Sistema K = 1
bound xrange -0.1 0.1 xvel 0
bound xrange 9.9 10.1 xvel 0
bound yrange -0.1 0.1 yvel 0
bound yrange 9.9 10.1 yvel 0
bou zrange -0.1 0.1 xvel 0 yvel 0 zvel 0
insitu stress -20e4 --20e4 -20e4 0 0 0
... zgrad 20e3 20e3 20e3 0 0 0

Cálculo de Bulk y Shear

Si se tiene un Módulo de elasticidad (E) de 5500 MPa y un Poisson de 0.3:

• Bulk (K) = E / (3 * (1 - 2v)) = 5500 MPa / (3 * (1 - 0.6)) = 4583 MPa
• Shear (G) = E / (2 * (1 + v)) = 5500 MPa / (2 * (1 + 0.3)) = 2115 MPa

Importancia de las Velocidades Numéricas

Las velocidades numéricas dan una indicación de la estabilidad del modelo. Una velocidad por debajo de 1e-6 se considera estable, mientras que una velocidad por encima de 1e-5 indica inestabilidad. Estas velocidades no son reales y no representan información en el tiempo.

Modelos Constitutivos y Parámetros

Ejemplos de modelos constitutivos y sus principales parámetros:

• Elástico: Módulo de Young, Módulo de Poisson
• Mohr-Coulomb: Módulo de rigidez, Módulo de corte, Densidad, Cohesión, Fricción, Tensión
• Hoek and Brown: GSI, mi, D, a, mb, s, UCS

Comandos en FLAC3D y 3DEC

Para las propiedades mostradas en la pregunta 8, los comandos serían:

• FLAC3D: model mohr prop co 1e6 fri 22.07
• 3DEC: prop mat 1 bcoh 1e6 bfric 22.07

Comando solve elastic

El comando solve elastic resuelve el modelo asumiendo propiedades resistentes altas para calcular un estado inicial. Los desplazamientos resultantes no representan la realidad y son pequeños debido a las altas propiedades resistentes. Estos desplazamientos se mitigan restaurándolos a 0.

Comando set atol

El comando set atol genera una distancia de tolerancia para asegurar que el programa no omita ningún nodo durante el cálculo de la resolución del modelo.