Revista Científica de Educación Superior y Gobernanza Interuniversitaria Aula 24.  
Vol. 3, Núm. 6 (jul - dic 2022). ISSN: 2953-660X  
Modelación del comportamiento del suelo implementando modelos constitutivos.  
MODELACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL SUELO IMPLEMENTANDO  
MODELOS CONSTITUTIVOS  
SOIL BEHAVIOR MODELING IMPLEMENTING CONSTITUTIVE MODELS  
Vinces-Mendoza Maikel Andrés  
Investigador Independiente. Manta, Ecuador.  
Correo: vincesmaikel.56@gmail.com  
Oleas-Escalante Marcelo  
Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Manta, Ecuador.  
Correo: oleas.marcelo32@gmail.com  
RESUMEN  
La aplicación de modelos constitutivos en la simulación del comportamiento de suelo nos brinda  
respuestas más confiables al momento de estudiar fenómenos ocasionados por la aplicación de  
cargas. De esta manera, la implementación de modelos constitutivos al análisis numéricos de  
problemas geotécnicos, requiere de la parametrización y calibración de los modelos mediante  
ensayos de clasificación, triaxiales drenados y no drenados, ensayos de gravedad específica, y  
diferentes parámetros tales como E,ν,M,Γ,K_0 entre otros. El presente estudio busca describir el  
comportamiento de las arenas limo arcillosas obtenidas en el proyecto “Plan Masa Santa Ana”  
para el diseño del complejo habitacional. Para el mismo que se han seleccionado diferentes  
modelos como Mohr – Coulomb Plasticity y Elastic, l, la investigación se centra en el estudio de  
los fenómenos existentes ante la aplicación de carga. Adicional, el modelo que se considera para  
el estudio es simplificado pues la consideración de suelos no uniformes.  
Palabras claves: Modelación, Estudio de suelos, Modelos constructivos.  
ABSTRACT  
The application of constitutive models in the simulation of soil behavior gives us more reliable  
answers when studying phenomena caused by the application of loads. In this way, the  
implementation of constitutive models for the numerical analysis of geotechnical problems  
requires the parameterization and calibration of the models through classification tests, drained  
and undrained triaxial tests, specific gravity tests, and different parameters such as E,ν, M,Γ,K_0  
among others. The present study seeks to describe the behavior of the silt clayey sands obtained  
in the "Plan Masa Santa Ana" project for the design of the housing complex. For the same that  
different models have been selected such as Mohr - Coulomb Plasticity and Elastic, l, the research  
focuses on the study of the existing phenomena before the load application. Additionally, the  
model considered for the study is simplified because of the consideration of non-uniform soils.  
Keywords: Modeling, Soil study, Construction models.  
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Fecha de recepción: 12 de marzo de 2022; Fecha de aceptación: 23 de mayo de 2022; Fecha de  
publicación: 08 de julio de 2022.  
Vinces-Mendoza & Oleas-Escalante. (2022)  
1. INTRODUCCIÓN  
El estudio del comportamiento mecánico de los materiales sólidos y su  
descripción por relaciones constitutivas se desarrolló durante muchos años en el  
marco de la elasticidad lineal isotrópica caracterizada por la ley de Hooke, la  
plasticidad caracterizada por los criterios de Von Mises, Tres y Mohr – Coulomb,  
y la viscosidad caracterizada en el caso lineal por la ley de Newton. (Hicher &  
Shao, 2008)  
Los suelos son materiales complejos que consisten de un esqueleto solido de  
granos en contacto con otro y relleno de vacíos con gas(aire) y/o agua u otro  
fluido. El esqueleto del solido trasmite fuerzas normales y cortantes a los granos  
en contacto, y dicho esqueleto de granos se comporta de una manera muy  
compleja que depende de una gran cantidad de factores, relación de vacíos y  
presión confinado serán los más importantes. (Yamamuro & Kaliakin, 2005)  
Sin embargo, el comportamiento general del esqueleto sólido puede ser  
entendido con los principios de mecánica de continuos (mecánica de solidos),  
intercalando en los vacíos hay agua (fluido incompresible) y gas (fluido  
compresible), cada uno de los cuales obedecen sus propias leyes físicas.  
(Yamamuro & Kaliakin, 2005)  
Los modelos constitutivos se han desarrollado durante un período de tiempo,  
desde ser simples hasta más completos para capturar el comportamiento del  
suelo bajo condiciones de carga complejas. Algunos de los diferentes tipos de  
modelos para simular el comportamiento de los suelos son: el modelo de Hooke,  
Modelo Mohr – Coulomb, Modelo Cam Clay (Modificado), modelo hiperelástico,  
modelo hipoplásico, modelo Plaxis Hardening Soil (Saquib Wani & Showkat ,  
2018)  
Esto último, responde al objetivo de dar forma matemática a las propiedades  
mecánicas de los materiales, cuya complejidad ha sido demostrada por la  
diversidad de los resultados experimentales. (Hicher & Shao, 2008)  
En Ecuador, la Norma Ecuatoriana de la Construcción: Geotecnia y  
Cimentaciones (2015), actualmente solo se considera el uso de modelos  
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Modelación del comportamiento del suelo implementando modelos constitutivos.  
constitutivos para el análisis de asentamiento ocasionados por carga sísmica,  
donde se pueda considerar el desarrollo de la presión de poro y degradación  
cíclica de la rigidez. (Norma Ecuatoriana de la Construcción, 2015)  
De esta, manera, durante los últimos 30 años, una gran variedad de modelos  
constitutivos ha sido desarrollado y de la misma manera se ha demostrado a lo  
largo del mundo que tan importante es tener ideas orientadoras y un marco  
general de análisis. (Hicher & Shao, 2008), debido a la eficiencia de estos  
modelos, estudiar los fenómenos del suelo es más sencilla y permite brindar  
mejores soluciones.  
En la parroquia de Lodana, existe un proyecto que busca ser un complejo  
habitacional denominado “Plan Masa Santa Ana”, mismo que es el objeto de  
investigación propuesto, cuyo campo de acción es la simulación del  
comportamiento del suelo y la importancia del uso de modelos constitutivos  
(Iturburu Altamirano, 2015).  
2. MODELACIÓN CONSTITUTIVA  
Con el desarrollo de métodos numéricos tales como el método de las diferencias  
finitas o de elementos finitos se ha vuelto factible analizar y predecir el  
comportamiento de estructuras complejas de suelos y problemas de interacción  
suelo – estructuras. En dichos cálculos, las relaciones entre el esfuerzo y las  
deformaciones en un dado material se consideran modelos constitutivos, que son  
expresiones matemáticas que modelan el comportamiento del suelo en un solo  
elemento. (Yamamuro & Kaliakin, 2005)  
Así, el propósito de un modelo constitutivo es simular el comportamiento del  
suelo con suficiente precisión bajo determinadas condiciones de carga.  
Naturalmente, los modelos iniciales fueron relativamente sencillos, y  
progresivamente la complejidad y las capacidades de los modelos han llevado a  
mejorar las habilidades de predicción de comportamiento de las estructuras de  
suelo bajo condiciones de carga complejas. (Yamamuro & Kaliakin, 2005)  
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Vinces-Mendoza & Oleas-Escalante. (2022)  
3. MODELOS CONSTITUTIVOS  
Numerosos modelos constitutivos han sido desarrollados sobre los últimos 40  
años para modelar el comportamiento esfuerzo-deformación del suelo. Estos  
modelos se emplearán con métodos de elementos finitos de la estructura del  
suelo y problemas de interacción suelo – estructuras bajo asimetría, plano de  
deformación y condiciones tridimensionales generales. (Lade, 2005)  
Según González-Cueto, et. al, 2013, indica que: los modelos constitutivos se  
pueden dividir en dos grupos, empíricos y analíticos. Muchos modelos se  
construyeron a partir de estudios experimentales de materiales bajo condiciones  
de carga, para luego desarrollar las ecuaciones y se ajusta a las observaciones.  
Mientras, los modelos analíticos se desarrollan mediante las leyes físicas para  
obtener la respuesta esfuerzo – deformación del suelo o materiales. (González-  
Cueto et. al, 2013)  
A través de programas que emplean el Método de Elementos Finitos, estos  
modelos han sido implementados en la práctica geotécnica común, para lo cual  
se hace fundamental que el analista sea consciente de las características del  
modelo, de las condiciones para las cuales fue desarrollado, y de las ventajas y  
limitaciones que éste ofrece. (Bernal Villate, 2019)  
4. IMPLEMENTACIÓN DE FEM EN MODELOS CONSTITUTIVOS  
Con el desarrollo tecnológico, se han venido produciendo nuevos y más precisos  
sistemas de análisis entre los cuales se encuentran los métodos de elementos  
Finitos, que han permitido simular, de una mejor forma un comportamiento más  
real de los materiales al ser sometidos a diferentes niveles de esfuerzo, en donde  
se evidencia que la tendencia de la deformación que experimenta el suelo no es  
lineal, sino que dependiendo de su composición granulométrica, su origen, y sus  
diferentes procesos de formación, experimentan diferentes deformaciones, con  
diversas tendencias, que pueden llegar a ser simuladas por medio de técnicas  
computacionales. (Bernal Villate, 2019)  
Con la implementación de estos modelos de elementos finitos (FEM), que parten  
de la base de la generación de modelos reológicos y matemáticos capaces de  
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Modelación del comportamiento del suelo implementando modelos constitutivos.  
simplificar el comportamiento real del suelo ante diferentes panoramas, mediante  
el uso de ecuaciones constitutivas en donde se genera una compatibilidad de  
esfuerzos aplicados con las deformaciones generadas (Brinkgreve, 2012),, ha  
ocasionado una mejoría significativa en los planteamientos de alternativas de  
diseño, puesto que se conoce mucho mejor el material, como también se genera  
un proceso de optimización a posibles obras a implementar para un óptimo  
comportamiento geomecánico del material, aunque en sus inicios, su aplicación  
fue limitada dada la dificultad de implementar modelos no lineales, situación que  
fue solucionada mediante el desarrollo de procedimientos numéricos  
(Brinkgreve, 2012), al punto de que hoy en día los programas basados en FEM  
son los más comunes en el diseño geotécnico. (Bernal Villate, 2019)  
5. CONCLUSIONES  
La información bibliográfica, referente a estudios de suelos y la metodología  
escogida fue obtenida del Laboratorio Bolívar Ortiz Logroño como el producto de  
las investigaciones geotécnicas del proyecto Plan Masa Santa Ana, mismo que  
sirvió para la creación del modelo desarrollado. Adicional, para la modelación no  
se necesitaron datos de pruebas edométricas, debido a que por sus  
características el modelo que mejor se acoplo fue el de Mohr – Coulomb plástico  
cuyos parámetros requeridos son el ángulo de fricción interno, la cohesión y el  
ángulo de dilatación del mismo, para el resto del comportamiento se requirió  
modulo elástico, densidad específica y permeabilidad.  
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  
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blandos en Bogotá, aplicado a la excavación del metro. Tunja, Colombia:  
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https://repositorio.uptc.edu.co/bitstream/001/3451/1/Modelamiento_nume  
rico_del_comportamiento_del_suelo.pdf  
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Cvil Engineers. DOI: https://doi.org/10.1061/40771(169)4  
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Vinces-Mendoza & Oleas-Escalante. (2022)  
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(2013). Análisis de los modelos constitutivos empleados para simular la  
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http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2071-  
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0542013000300013  
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