Modelos constitutivos avanzados para arenas bajo cargas cíclicas: hacia una mejor predicción de la licuefacción
En esta entrada quiero compartir algunos aspectos clave de la ponencia que presenté, donde abordo el uso de modelos constitutivos hipoplásticos avanzados para la simulación numérica de arenas bajo cargas repetitivas, integrando evidencia experimental y modelación computacional.
Carlos Lascarro
5/5/20263 min read
La respuesta de los suelos granulares sometidos a cargas cíclicas —como las generadas por sismos— sigue siendo uno de los grandes retos de la ingeniería geotécnica moderna. La correcta predicción de fenómenos como la acumulación de presión de poros y la licuefacción es fundamental para garantizar la seguridad y desempeño de estructuras.
En esta entrada quiero compartir algunos aspectos clave de la ponencia que presenté, donde abordo el uso de modelos constitutivos hipoplásticos avanzados para la simulación numérica de arenas bajo cargas repetitivas, integrando evidencia experimental y modelación computacional.
¿Por qué es tan complejo modelar suelos bajo cargas cíclicas?
A diferencia de materiales estructurales más “predecibles”, los suelos presentan un comportamiento altamente no lineal, dependiente de la historia de esfuerzos y de condiciones de drenaje. Bajo cargas cíclicas:
Se genera acumulación progresiva de presión de poros
Se reduce la resistencia efectiva del suelo
Puede alcanzarse el estado de licuefacción
Capturar correctamente estos fenómenos en modelos numéricos no es trivial y requiere formulaciones constitutivas avanzadas.
El enfoque: hipoplasticidad con deformación intergranular
En este trabajo se emplea una versión mejorada de los modelos hipoplásticos, específicamente el modelo ISA-HP, el cual incorpora efectos de deformación intergranular anisotrópica.
Este modelo tiene una ventaja clave:
✔️ Permite reproducir la movilidad cíclica del suelo
✔️ Simula adecuadamente la acumulación de presión de poros
✔️ Representa el comportamiento cercano a la licuefacción en condiciones no drenadas
La implementación se realizó en el software de elementos finitos Abaqus, utilizando subrutinas desarrolladas en Fortran, lo cual permite una alta flexibilidad en la formulación del modelo.
Validación: del laboratorio a la centrífuga
Una de las fortalezas del estudio es la validación multiescala:
1. Ensayos de laboratorio
Se simulan ensayos triaxiales cíclicos no drenados, donde el modelo logra capturar:
La evolución de esfuerzos
La acumulación de presión de poros
El comportamiento cercano a la licuefacción
2. Modelos de centrífuga
Se analizan dos casos de estudio relevantes:
🔹 Talud sumergido sometido a carga sísmica (LEAP 2017)
Objetivo: evaluar la acumulación de presión de poros
Resultado: el modelo reproduce adecuadamente la respuesta dinámica del suelo arenoso
🔹 Pilote sometido a carga lateral cíclica
Evaluación del comportamiento suelo-estructura
Comparación con datos experimentales en arena de Fontainebleau
En ambos casos, el modelo fue calibrado con arenas bien caracterizadas como Ottawa y Fontainebleau, lo cual fortalece la confiabilidad de los resultados.
Aportes clave del trabajo
Este estudio permite destacar varios puntos importantes para la práctica geotécnica:
Los modelos hipoplásticos avanzados son una herramienta potente para análisis dinámicos
La incorporación de efectos intergranulares mejora significativamente la respuesta cíclica
La combinación de modelación numérica + ensayos de centrífuga es esencial para validar modelos
Es posible simular fenómenos complejos como la licuefacción con mayor realismo
Reflexión final
La ingeniería geotécnica está avanzando hacia una integración cada vez más fuerte entre experimentación y simulación numérica avanzada. Modelos como ISA-HP abren la puerta a análisis más precisos y confiables, especialmente en contextos sísmicos.
Sin embargo, su correcta aplicación requiere:
Calibración rigurosa
Comprensión del modelo
Validación con datos experimentales
El reto no es solo tener modelos más sofisticados, sino saber utilizarlos correctamente.
¿Te interesa este tema?
Si trabajas en geotecnia, dinámica de suelos o modelación numérica, este es un campo con enormes oportunidades de investigación y aplicación.
Próximamente estaré compartiendo más contenido y cursos relacionados con:
Licuefacción
Modelos constitutivos
Simulación en elementos finitos
