El modelado micromecánico de muros de piedra es un método de modelado en el que se considera la mampostería como un sistema heterogéneo ( heterogéneo ) formado por elementos de mampostería ( ladrillos , piedras naturales o artificiales, bloques de hormigón, etc.), mortero y superficies de contacto ( interfases ) entre ellos.
El cálculo de muros de piedra mediante modelado micromecánico se realiza mediante el método de elementos finitos (FEM) con el uso de tecnología informática. Los componentes de un sistema heterogéneo se consideran como un conjunto de elementos finitos (FE) isotrópicos , cuyas propiedades se determinan por separado para elementos de mampostería, juntas de mortero e interfaces entre ellos.
El modelado micromecánico se usa para mampostería que tiene una estructura repetitiva regular. En tal mampostería, se distinguen volúmenes idénticos que se repiten repetidamente, que la mampostería se denomina celda principal.
Los componentes de un sistema heterogéneo en el modelado micromecánico simplificado son elementos de mampostería e interfaces de elementos de mampostería y juntas de mortero. Las dimensiones de los elementos de mampostería se toman teniendo en cuenta el espesor de las juntas de mortero adyacentes a ellos, y las propias juntas de mortero se reemplazan por elementos finitos de espesor cero. Con la ligadura de cinta de mampostería, cada elemento de mampostería, por regla general, se modela mediante dos elementos finitos idénticos. El modelado micromecánico simplificado también se denomina modelado mesomecánico.
El modelado mesomecánico de mampostería parece haber sido iniciado por AW Page. [1] Se proponen variantes del modelado mesomecánico en [2] [3] [4] [5] [6] [7] y otros.
Con el modelado micromecánico detallado, cada elemento de mampostería se reemplaza para el cálculo por un conjunto de pequeños elementos finitos, cuyas dimensiones son dos o más veces menores que el espesor de las juntas de mortero. Las juntas de mortero también se subdividen en FE de tamaños similares. Además, los FE de espesor cero se utilizan para interfaces de elementos de mampostería y juntas de mortero. El modelado micromecánico detallado se realiza de manera más simple para los casos en que todas las celdas principales tienen el mismo estado de tensión (por ejemplo, en compresión axial normal y paralela al lecho de mampostería, cortante puro). Este caso se utiliza para la homogeneización de mampostería en macromodelado [8] . En los casos en que la mampostería tiene un estado de tensión no uniforme y la redistribución de tensiones es posible debido a la deformación no lineal de las estructuras, el modelado micromecánico detallado se asocia con la repetición repetida del cálculo para cada elemento finito de la placa. Esta circunstancia aumenta significativamente la complejidad del cálculo y hace inaceptable la microsimulación para el cálculo de estructuras de piedra reales.
Cuando se modela mampostería con FE planas para elementos de mampostería, se utilizan con mayor frecuencia varias combinaciones de teorías de resistencia "clásicas" (por ejemplo, la teoría de Mises para la región de compresión biaxial y la teoría de Mohr-Coulomb para regiones donde una o ambas de las tensiones principales son de tracción). Cuando se usa FE espacial, se usa el criterio de fuerza de Drucker-Prager.
Los criterios de resistencia para las juntas de mortero en el modelado micromecánico detallado son similares a los criterios para los elementos de mampostería, pero con parámetros numéricos que corresponden a las características de resistencia del mortero en las juntas En el modelado micromecánico simplificado se tiene en cuenta la presencia de juntas de mortero en los criterios de resistencia para las interfaces de elementos de mampostería y juntas de mortero.
Para la interfaz de los elementos de mampostería y las juntas de mortero, por regla general, se utiliza una condición de resistencia de Mohr-Coulomb modificada en forma de un "modelo de tapa" (con restricciones en el área de limitación de las tensiones normales de tracción y compresión).