Geo5 Manual Para Ingenieros
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Manual de Programas GEO5 para ingenieros
Capítulo 1. Configuración de análisis y administrador de configuración.................................... 2 Capítulo 2. Diseño de Muro en voladizo ................................................................................. 9 Capítulo 3. Verificación de muro de gravedad ....................................................................... 20 Capítulo 4. Diseño muro de contención no anclados ............................................................. 29 Capítulo 5. Diseño de muro de contención anclado ............................................................... 36 Capítulo 6. Verificación del muro de contención con una fila de anclajes ............................... 41 Capítulo 7. Verificación del muro con múltiples anclajes ....................................................... 51 Capítulo 8. Análisis de estabilidad de taludes ....................................................................... 64 Capítulo 9. Estabilidad de la pendiente con muro de contención ........................................... 74 Capítulo 10. Diseño de geometría de zapata.......................................................................... 84 Capítulo 11. Asiento de Zapatas ............................................................................................ 90 Capítulo 12. Análisis de consolidación debajo de un terraplén ............................................... 95
Introducción El manual del ingeniero es el nuevo material de educación del software GEO5. Se desarrolló debido a las consultas hotlines y a las preguntas frecuentes de los usuarios. El objetivo de cada capítulo es el de explicar como resolver problemas de ingeniería concretos utilizando el software GEO5. Cada capítulo está dividido en varias secciones: Introducción – Introducción teórica al problema Asignación – Se describe el problema con todos los datos de entrada necesarios para resolver el problema en el programa seleccionado Solución – En esta sección, el problema se resuelve paso a paso Conclusión – Resultados del problema y verificación final de la construcción. Indica si la estructura es satisfactoria o no y si es necesario realizar alguna modificación. En cada capítulo también encontrará notas, las cuales explicar el problema en general y enlaces a otros materiales. El material básico de educación del conjunto de software GEO5 (de FINE s.r.o.) son:
Ayuda contextual – Explica las funciones del programa en detalle
Video tutoriales – Muestra el trabajo básico con los programas y su uso efectivo.
Manual del ingeniero – explica como resolver problemas de ingeniería concretos.
Manuales de verificación- Verifica los resultados comparando los programas con el cálculo manual y otros programas
El primer capítulo explica como configurara los estándares y elegir el método de análisis, lo cuál es igual en todos los programas GEO5. En los próximos capítulos con el estándar seleccionado se verificará la construcción.
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Capítulo 1.
Configuración de análisis y administrador de configuración
Este capítulo explica el uso correcto del administrador de análisis y sirve para elegir estándares, factores parciales y metodología de verificación. Es el paso básico para todos los programas GEO5. Introducción El software GEO5 se utiliza en 90 países del mundo. Las tareas de ingeniería para probar que una construcción en segura y bien diseñada, son las mismas en todos lados. Las características básicas de las estructuras (ej. Geometría del muro, terreno, ubicación de anclajes, etc.) son las mismas alrededor de todo el mundo; Lo que es diferente es la forma de probar que una construcción es segura y la teoría de análisis. Muchas teorías nuevas y factores parciales de análisis lideran la entrada de una amplia cantidad de datos y programas complicados. El administrador de configuración se creo en GEO5 versión 15 para simplificar este proceso. En el administrador de configuración están definidos los parámetros de entrada, incluyendo estándares, métodos y coeficientes para el país correspondiente. La idea es que cada usuario entienda la configuración definida en el programa (o defina una nueva configuración de análisis), la cual el usuario luego utilizará en su trabajo. Al administrador de configuración y al editor de configuración el usuario irá luego solo ocasionalmente. Asignación: Realice un análisis de un muro de gravedad según la imagen debajo por vuelco y desplazamiento según los siguientes estándares y procedimientos 1) CSN 73 0037 2) EN 1997 – DA1 3) EN 1997 – DA2 4) EN 1997 – DA3 5) Factor de Seguridad FS=1.6
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Esquema del análisis del muro de gravedad Solución Primero, ingrese los datos sobre la construcción y las condiciones geológicas en el cuadro: „Geometría” „Suelos” y „Asignar”. Ignore los otros cuadros porque en este ejemplo no son de importancia.
Cuadro „Geometría” – entrada de dimensiones del muro de gravedad
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Tabla con parámetros de suelo
Suelo
Unidad peso
(Clasificación de suelo)
MG – Limo-Gravoso , consistencia firme
kN m 3
19,0
de Ángulo de fricción interna
Cohesión del suelo
Ángulo de fricción estructura –
ef
cef kPa
suelo
30,0
0
15,0
En el cuadro „Asignar“, el primer suelo se asigna automáticamente a la capa o capas. Esto puede cambiarse cuando sea necesario. Cuando la entrada básica de la construcción está terminada, podemos elegir los estándares, y luego finalmente ejecutar el análisis del muro de gravedad. En el cuadro „Configuración” hacer click sobre el botón „Seleccionar” y elija el número 8 – „República Checa – antiguos estándares CSN (73 1001, 73 1002, 73 0037)“
Cuadro “Lista de configuraciones” Nota: la vista de esta ventana depende de los estándares activos en el administrador de configuración – puede encontrar más información en la ayuda del programa (presione F1). Si la configuración que usted desea utilizar no está en la lista que aparece en el cuadro „Lista de configuraciones“, usted podrá activar la misma en el administrador de configuración.
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Ahora, abra el cuadro „Verificación de equilibrio” y luego de analizar el ejemplo registre la utilización de la construcción (en el cuadro „Verificación de equilibrio“) - 53,1% resp. 66,5%.
Cuadro „Verificación de equilibrio“– resultados del análisis utilizando el estándar CSN 73 0037 Luego vuelva al cuadro „Configuración” y seleccione la opción número 3 – „Estándar – EN 1997 – DA1”
Cuadro „Lista de configuraciones” Nuevamente, vaya al cuadro „Verificación de equilibrio”
y registre el resultado (55,6% y
74,7%) para EN 1997, DA1.
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Cuadro „Verificación de equilibrio” - resultado del análisis para EN 1997, DA1 Repita este proceso para la configuración número 4 - “Estándar – EN 1997 – DA2” y número 5 – “Estándar – EN 1997 – DA3”. El análisis de utilización de la construcción es de (77,8% y 69,7%) para EN 1997, DA2 o (53,5% y 74,7%) para EN 1997, DA3. La variante número 5 (análisis utilizando factores de seguridad) no es tan sencilla. En el cuadro „Configuración” seleccionar el botón „Editar”. Esto le mostrará la configuración de análisis actual. Cambie la metodología de verificación a „Factores de seguridad (ASD)“ y luego ingrese el factor de seguridad para vuelco y deslizamiento como 1.6
Cuadro “Editar la configuración actual: Muro de gravedad”
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Presione OK y ejecute el análisis (69,0% y 77,1%).
Cuadro “Verificación de equilibrio” – Resultado de análisis para FS = 1.6 Si usted desea utilizar esta configuración más seguido, puede guardarla seleccionando „Agregar al administrador”, determine un nombre para la misma como se muestra debajo, y así la próxima vez que necesite utilizarla la encontrará como configuración estándar.
Cuadro “Añadir la configuración actual al Administrador” Luego el cuadro de diálogo „Lista de configuraciones” se ve como se muestra a continuación:
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Cuadro “Lista de configuraciones” Verificación Utilización de porcentajes con cada uno de los estándares Vuelco
deslizamiento
1) CSN 73 0037
53,1
66,5
2) EN 1997 – DA1
55,6
74,7
3) EN 1997 – DA2
77,8
69,7
4) EN 1997 – DA3
53,3
74,7
5) Factor de seguridad en FS=1.6
69,0
77,1
El análisis es satisfactorio utilizando cualquiera de los estándares de análisis seleccionados. Nota: Este método simple puede utilizarse para comparar análisis de estructuras de retención y estabilidad. Cuando analizamos cimentaciones, la carga (dato de entrada básico) debe ser calculada según estándares relevantes. Esta es la razón por la cual no tiene sentido, comparar diseño de cimentaciones por varios estándares con el mismo valor de carga (valores nominales).
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Capítulo 2.
Diseño de Muro en voladizo
En este capítulo, se describe como diseñar un Muro en voladizo y su análisis. Asignación Diseñe un muro en voladizo con altura 4,0 m y analice el mismo con el estándar EN 1997-1 (EC 7-1, Enfoque de diseño 1 – DA1). El terreno detrás de la estructura es horizontal. El nivel freático del agua es 2,00 metros de profundidad. Detrás de la estructura actúa una sobrecarga Franja con un largo de 0,5 metros y una magnitud de 10 kN/m 2. El suelo de cimentación es MS- Limo arenoso, consistencia firme, S r
0,8 , capacidad portante permitida 175kPa. El suelo detrás del muro es S-F –
Arena de trazo fino, densidad de suelo medio. El muro en voladizo será creado con refuerzo de hormigón de clase C 20/25.
Esquema del muro en voladizo - Asignación Solución: Para resolver este problema, utilizamos el programa de GEO5, Muro en voladizo, en el texto, se explica como resolver este ejemplo paso a paso. En el cuadro „Configuración” haga click sobre el botón „Seleccionar” y luego elija el análisis Nro. 3 – „Estándar EN 1997 – DA1”.
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Cuadro „Lista de configuraciones” En el cuadro „Geometría” elija la forma del muro e ingrese las dimensiones.
Cuadro “Geometría”
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En el cuadro „Material” ingrese el material del muro
Cuadro “Material” – entrada de las características del material de la estructura Luego, defina los parámetros de suelo seleccionando el botón „Añadir ” en el cuadro „Suelos”. El tallo del muro es normalmente analizado por presión en reposo. Para presión en reposo seleccione „Sin cohesión” / “Granular”.
Cuadro “Añadir nuevo suelo”
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Nota: Las magnitudes de las presiones activas dependen también de la fricción entre la estructura y el suelo. El ángulo de fricción depende del material de la construcción y del ángulo de fricción interna del suelo – normalmente se ingresa en el intervalo
13 2 3 ef
Tabla con parámetros del suelo
Suelo
Perfil
m
(clasificación de suelo)
Ángulo de
Unidad de
Ángulo de
Cohesión
Peso
peso
fricción
del suelo
unitario de
kN m 3
interno
suelo
fricción estructura –
ef
cef kPa
saturado
suelo
S-F – Arena de trazos finos, densidad del suelo
0,0 – 4,0
17,5
28,0
0,0
18
18,5
desde 4,0
18,0
26,5
30,0
18
17,5
media MS – Limo arenoso , consistencia rígida,
S r 0,8
En el cuadro "Terreno" elegir la forma del terreno horizontal.
Cuadro “Terreno” Las napas freáticas están a una profundidad de 2,0 metros. En el cuadro "Agua", seleccione el tipo de agua cerca de la estructura y sus parámetros
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Cuadro “Agua” En el siguiente cuadro definir “Sobrecarga”. Aquí, seleccione una sobrecarga permanente y de tipo franja, sobre el terreno actuando como peso muerto.
Cuadro "Sobrecarga" En el Cuadro "Resistencia del suelo" seleccione la forma del terreno al frente del muro y luego definir otros parámetros de resistencia en la cara frontal.
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Cuadro "Resistencia del suelo" Nota: En este caso, no consideramos la resistencia en la parte frontal, por lo que los resultados serán conservadores. La resistencia del suelo en la cara frontal depende de la calidad del suelo y el desplazamiento permisible de la estructura. Podemos considerar la presión en reposo para el suelo original, o un suelo bien compactado. Es posible considerar la presión pasiva si se permite el desplazamiento de la estructura. (Para más información, consulte Ayuda - F1) Luego, en el cuadro "Configuración de etapa" seleccionar el tipo de situación de diseño. En este caso, será permanente. Además, puede seleccionar la presión que actúa sobre el muro. En nuestro caso, seleccionamos la presión activa siendo que el muro puede desplazarse.
Cuadro "Configuración de etapa" Ahora, abrimos el cuadro "Verificación", donde se analizan los resultados de vuelco y deslizamiento del muro en voladizo.
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Cuadro “Verificación de equilibrio” Nota: el botón „En detalle” en la sección derecha de la pantalla abre el cuadro de diálogo con información detallada sobre los resultados del análisis. Resultado del análisis: La verificación de deslizamiento no es satisfactoria, la utilización de la estructura es:
M vzd 208,33 M kl 109,97 [kNm/m]
Vuelco: 52,8 %
Deslizamiento: 124,6 %
ACEPTABLE.
H vzd 65,78 H pos 81,94 [kN/m] INACEPTABLE.
Ahora tenemos varias posibilidades para mejorar nuestro diseño. Por ejemplo, podemos: -
Utilizar un mejor suelo detrás del muro
-
Anclar la base
-
Aumentar la fricción inclinando la base de cimentación
-
Anclar el espolón
Estos cambios podrían ser económica y técnicamente complicados, por lo que debería elegir la alternativa más fácil. La forma más eficiente es cambiar la forma del muro e ingresar un salto
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Cambio del diseño: Cambiar la geometría del muro Ejecuto el cuadro „Geometría” y cambie la forma del muro en voladizo. Para aumentar la resistencia contra deslizamiento ingresamos un salto base.
Cuadro „Geometría” (cambio de dimensiones en el muro en voladizo)
Nota: un salto base es normalmente analizado como un base de cimentación inclinada. Si la influencia en el salto base se considera como resistencia de la cara frontal, entonces el programa lo analiza con una base de cimentación recta, pero la resistencia en la cara frontal de la construcción es analizada hasta la profundidad de la parte baja del salto de la base (para más información diríjase a la AYUDA – F1)
El análisis de la nueva construcciones diseñada para vuelco y deslizamiento.
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Cuadro „Verificación de equilibrio” Ahora, tanto el análisis de vuelco como deslizamiento es ACEPTABLE Luego, en el cuadro „Verificación de Cap. Portante”, se lleva a cabo el análisis para el diseño de capacidad portante suelo de cimentación 175kPa.
Cuadro “Verificación de Cap. Portante”
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Nota: En este caso, analizamos la capacidad portante del suelo de cimentación en un valor de entrada, el cual podemos obtener de una encuesta geológica, de estándares resp. Estos valores son norma y conservativamente altos, por lo que generalmente es mejor analizar la capacidad portante de suelos de cimentación con el programa „Zapata” que toma en cuenta otras influencias como la inclinación de carga, profundidad de cimentación, etc. Luego, en el cuadro „Verificación del muro” elegimos verificación del espolón del muro. Diseñar el refuerzo principal dentro del espolón - 6 pcs. Ø 12 mm, el cual satisface el punto de capacidad portante de todos los principios de diseño.
Cuadro „Verificación del muro”
Luego, abra el cuadro „Verificación de Est. de taludes” y analice la estabilidad global del muro. En nuestro caso, utilizaremos el método „Bishop”, el cual devuelve resultados conservadores. Realice el análisis con optimización de superficie de deslizamiento circular y luego abandone el programa presionando el botón „OK”. Los resultados o imágenes se mostrarán en el reporte del análisis de programa „Muro en voladizo”.
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Programa „Estabilidad de taludes” Conclusión/ Resultados del análisis – Capacidad portante:
M vzd 218,52 M kl 108,16
Vuelco: 49,5 %
Deslizamiento: 64,9 %
Capacidad portante: 86,3
Verif. del espolón del muro: 81,5 %
Estabilidad global: 40,8 %
H vzd 99,27 H pos 64,47
Rd 151,06 175,00
[kNm/m]
ACEPTABLE
[kN/m]
ACEPTABLE
[kPa]
ACEPTABLE
M Rd 104,13 M Ed 84,88
Método – Bishop (optimización)
[kN·m] ACEPTABLE ACEPTABLE
El muro en voladizo es ACEPTABLE.
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Capítulo 3.
Verificación de muro de gravedad
En este capítulo se lleva acabo el análisis para un muro de gravedad existente para situaciones de diseño permanente o accidental. Se explican además las etapas de construcción Asignación Utilizando el estándar EN 1997-1 (CE 7-1, DA2), analizamos la estabilidad, vuelco y deslizamiento de un muro de gravedad existente. El tráfico de carretera actúa en el muro con una magnitud de 10 kPa. Consultar la posibilidad de instalar la barrera en la parte superior del muro. Una carga accidental de choque automovilístico es considerado como 50 kN / m y actúa horizontalmente a 1,0 m. Las dimensiones y la forma del muro de hormigón se pueden ver en la siguiente imagen. La inclinación del terreno detrás de la construcción es
10 ,
el suelo de cimentación se compone de arena limosa. El ángulo de fricción
entre el suelo y el muro es de
18
La determinación de la capacidad portante y la verificación del muro no son parte de esta tarea. En este análisis consideramos los parámetros efectivos del suelo.
Esquema del muro de gravedad- asignación Solución Para analizar esta tarea, utilice el programa GEO5 - Muro de gravedad. En este texto, vamos a describir los pasos del análisis de este ejemplo en dos etapas de construcción. Etapa de construcción - Análisis del muro existente para el tráfico de carretera
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Etapa de construcción - Análisis de impacto del vehículo en la barrera en la parte superior del muro. Entrada básica: Etapa 1 En el cuadro de "Configuración", haga clic en "Seleccionar" y elegir Nro. 4 - "Estándar - ES 1997 DA2".
Cuadro „Lista de configuración" Luego, en el cuadro „Geometría" seleccione la forma del muro de gravedad y defina los parámetros.
Cuadro „Geometría" En el siguiente paso, ingresamos el material del muro y el perfil geológico. La unidad de peso del muro es
24 kN m 3 .
El muro es de hormigón C 12/15 y de acero B500. A continuación, se
definen los parámetros de suelo y lo asignamos a los perfiles.
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Cuadro “Material” Tabla con los parámetros de suelo
Suelo
Unidad de peso
(Clasificación de suelo)
kN m 3
MS – Limo arenoso , consistencia dura
18,0
Ángulo de fricción interna
Cohesión del suelo
ef
cef kPa
26,5
12,0
Ángulo de fricción estructura suelo
Suelo
Peso unitario de suelo saturado
Cohesivo
20
18,0
Cuadro „Añadir nuevo suelo"
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Nota: La magnitud de la presión activa depende también de la fricción entre la estructura y el suelo en el ángulo "
1 2 ef ". En este caso, cuando se analiza la presión de la tierra, se tiene en 3 3
cuenta la influencia de la fricción entre la estructura y el suelo con valor
2 ef ( d =18° ),. (Más 3
información en AYUDA - F1). En el cuadro "Terreno", seleccione la forma del terreno detrás del muro. Defina sus parámetros, en términos de longitud de terraplén y ángulo de inclinación, como se muestra a continuación.
Cuadro „Terreno" En el siguiente cuadro, defina la "Sobrecarga". Ingrese el tipo de sobrecarga del tráfico de carretera como de „Franja" , con ubicación „sobre el terreno" , y como tipo de acción seleccione "Variable".
Cuadro „Nueva sobrecarga" En el cuadro "Resistencia del suelo" seleccionar la forma del terreno delante del muro y definir los demás parámetros de resistencia a la cara frontal.
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Cuadro „Resistencia del suelo" Nota: En este caso, no se considera la resistencia en la cara frontal, por lo que los resultados serán conservadores. La resistencia en la cara frontal depende de la calidad del suelo y del desplazamiento permisible de la estructura. Consideramos la presión en reposo para el suelo original o suelo bien compactado. Es posible considerar la presión pasiva sólo si se permite el desplazamiento de la estructura. (Más información en AYUDA - F1).
En el cuadro "Configuración de etapa" seleccionar el tipo de situación de diseño. En la primera etapa de construcción, considere la situación de diseño "permanente".
Cuadro "Configuración de etapa"
Ahora abra el cuadro "Verificación de equilibrio", donde se analiza el muro de gravedad contra vuelco y deslizamiento.
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Cuadro “Verificación – etapa 1” Nota: El botón "En detalle" en la sección derecha de la pantalla abre cuadro de diálogo con información detallada sobre los resultados del análisis.
Cuadro „Verificación de Equilibrio (en detalle)” Nota: Para los análisis basados en la norma EN-1997, el programa determina si la fuerza actúa favorable o desfavorablemente. Luego cada fuerza se multiplica por el coeficiente parcial correspondiente que se encuentran en el informe.
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A continuación, seleccione el botón „Verificación de Est. de taludes" y se abre el módulo correspondiente para analizar la estabilidad global del muro. En nuestro caso, vamos a utilizar el método de "Bishop", que da lugar a resultados conservadores. Luego vamos a la sección de análisis y analizamos con optimización la superficie de deslizamiento circular y validamos haciendo clic en "Analizar". Los resultados e imágenes se mostrarán en el informe del análisis del programa „Muro de gravedad”.
Programa „Estabilidad de taludes" Etapa 1 Resultados del análisis: Etapa 1 Al analizar la capacidad portante, estamos buscando valores para vuelco y deslizamiento del muro en el fondo de la zapata. Entonces necesitamos conocer su estabilidad global. En nuestro caso, la utilización del muro es: Vuelco: 70,0% [kNm / m] ACEPTABLE. Deslizamiento: 90,6% [kN / m] ACEPTABLE. Estabilidad global: 72,3% Método - Bishop (optimización) ACEPTABLE. Entrada básica: Etapa 2 Ahora, añadimos la 2da. etapa de construcción utilizando la barra de herramientas arriba a la izquierda de la pantalla
Barra de herramienta „Etapa de construcción"
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En esta etapa, utilizando el cuadro "Nueva fuerza" definir la carga de impacto del vehículo en la barrera. La carga es accidental y considera el impacto de un vehículo con un peso de 5 toneladas.
Cuadro “Nueva/Editar fuerza” – etapa de construcción 2 (situación de diseño accidental) Luego abra el cuadro „Etapa de construcción" y cambie a situación de diseño „accidental“
Cuadro „Etapa de construcción" Los datos de los otros cuadros que ingresamos en la etapa 1 no han cambiado, por lo que no es necesario volver a configurar estos cuadros. Seleccione el cuadro de "Verificación de equilibrio" para llevar a cabo la verificación contra vuelco y deslizamiento nuevamente.
Cuadro „Verificación – etapa 2"
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A partir de los resultados, vemos que el muro existente no es satisfactorio para el impacto de un vehículo en a la barrera. En este caso, la utilización de la pared contra: Vuelco: 116,3 %
M vzd 488,62 M kl 568,13 [kNm / m] 102,9 %
H vzd 138,39 H pos 142,35 106,6% [kN / m]
INACEPTABLE INACEPTABLE
Conclusión El muro de gravedad existente en caso de capacidad portante satisface sólo la primera etapa de construcción, donde actúa el tráfico de carretera. Para la segunda etapa de construcción, que se representa como el impacto a la barrera en la parte superior del muro por un vehículo de 5 toneladas, el muro no es satisfactorio. Una solución para aumentar la capacidad portante contra vuelco y el deslizamiento es introducir anclajes de suelo. Alternativamente, es posible colocar una barrera en el borde de la carretera, de esta manera el muro no está cargado por la fuerza del vehículo a estrellarse.
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Capítulo 4.
Diseño muro de contención no anclados
En este capítulo veremos el diseño de muro de contención no anclado para cargas permanentes y accidentales (ej. inundaciones) Asignación Diseño de muro de contención no anclado de pantalla pilote utilizando el estándar en capas geológicas no homogéneos EN 1997-1 (CE 7-1, DA3). La profundidad de la excavación es de 2,5 m. El nivel freático se encuentra a una profundidad de 1,0 m. Analizaremos la construcción también para inundaciones, cuando el agua es de 1,0 m por encima de la parte superior del muro (se deben instalar barreras contra las inundaciones móviles)
Esquema de muro no anclado desde una tablestaca - asignación
Solución: Para resolver este problema, vamos a utilizar el programa GEO5, Diseño de muros pantalla, a continuación vamos a explicar paso a paso como resolver este ejemplo:
la tablestaca (pilote pantalla)
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Entrada básica: etapa de construcción 1 En el cuadro "Configuración", haga clic en "Seleccionar" y luego seleccione Nro. 5 - "Estándar - ES 1997 - DA3".
Cuadro „Lista de configuración" Luego, ingrese el perfil geológico, los parámetros de suelo y asignemos el suelo al perfil.
Cuadro „Añadir suelo"
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Tabla con parámetros de suelo
Unidad de peso
Ángulo de fricción interna
Cohesión del suelo
Ángulo de fricción estructura -
cef kPa
suelo
Suelo
Perfil
(Clasificación de suelo)
m
kN m 3
S-F – Arena de trazos finos, suelo de densidad media
0,0 – 1,5
17,5
29,5
0,0
14,0
17,5
SC – Arena arcillosa, suelo de densidad media
1,5 – 2,5
18,5
27,0
8,0
14,0
18,5
CL, CI – Arcilla de baja o mediana plasticidad, consistencia firme
desde 2,5
21,0
19,0
12,0
14,0
21
ef
Peso unitario del suelo saturado
En el cuadro „Geometría", seleccione la forma de la base de la excavación e ingrese la profundidad
Cuadro „Geometría" Nota: El coeficiente de reducción de presión de tierra por debajo de la zanja se considera mientras se analizan sólo las láminas reforzadas (muro de retención con vigas), para el estándar de muro tablestaca es igual a 1,0. Para obtener más información, consulte la ayuda (F1). En este caso, no utilizamos los cuadros "Anclaje", "Apoyo", "Soportes", "Determinación de presión", "Sobrecarga" ni "Fuerzas aplicadas". El cuadro de "Sismo" tampoco tiene ninguna influencia en este análisis, debido a que la construcción no se encuentra en una zona sísmica-activa. En el cuadro de "Terreno", sigue siendo horizontal. En el cuadro "Agua" el valor del nivel freático es - 1,0 m.
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Cuadro „Agua" – 1era. Etapa de construcción Luego, en este cuadro „Etapa de construcción", seleccionar la situación de diseño permanente
Cuadro „Etapa de construcción" Ahora, abra el cuadro "Análisis" y haga clic en el botón "Analizar". Esto llevará a cabo el análisis del muro de contención
Cuadro „Análisis"
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Nota: Para suelos cohesivos se recomienda por diferentes estándares utilizar la presión de dimensionado mínima actuando sobre del muro de contención. El valor estándar para el coeficiente de presión de dimensionado mínimo es Ka = 0,2. Esto significa que la presión mínima en la estructura es de 0,2 tensión geoestática - nunca menos. Dentro del diseño del muro de contención tablestaca, estamos interesados en la profundidad de la construcción en el suelo y la fuerza interna en la estructura. Para la 1er. etapa de construcción, el resultado del análisis es:
Longitud de la estructura:
4,83 m
Profundidad requerida de la estructura en el suelo:
2,33 m
Momento de flexión máximo:
M 1,max 28,21 kNm m
Fuerza de corte máxima:
Q1,max 56,98 kN m
En la próxima etapa, mostraremos como se analiza la profundidad mínima y fuerzas internas en el suelo con situaciones de diseño accidentales – inundaciones. Entrada básica – Etapa de construcción 2 Ahora, seleccione la etapa 2 de la barra de herramientas horizontal "Etapa de construcción" en la esquina superior izquierda de la pantalla. (Si es necesario, agregue uno nuevo)
Barra de herramientas: Etapa de construcción En el cuadro "Agua", cambie el nivel freático detrás de la estructura a un valor -1,0 m. No vamos a considerar el agua al frente de la estructura.
Cuadro „Agua" – 2nda Etapa de construcción En el cuadro „Configuración de etapa", seleccione la situación de diseño „Accidental"
Cuadro „Configuración de etapa" – 2nda Etapa de construcción
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Todos los demás valores son los mismos que en la primera etapa de construcción, por lo que no tenemos que cambiar los datos en otros cuadros, por lo que vamos directo al cuadro "Análisis" y vuelva a hacer clic en el botón "Analizar".
Cuadro „Análisis" En la 2nda etapa de construcción el resultado del análisis es:
Longitud de la estructura:
6,56 m
Profundidad de suelo necesaria:
4,06 m
Momento de flexión máximo:
M 2,max 142,00 kNm m
Fuerza de corte máxima:
Q2,max 185,17 kN m
Utilizando el momento de flexión máximo, diseñaremos la tablestaca La longitud mínima de la tablestaca se configura como el máximo necesario de longitud desde la 1era y 2nda etapa de construcción. Diseño de pilotes pantalla: Diseñamos la tablestaca
basado en el momento de flexión máximo utilizando la tabla de
tablestaca con las capacidades portantes permitidas que se muestran a continuación.
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Parámetros básicos de pilotes pantalla
* Momento permisible para condiciones de presión, flexión para asegurar la estabilidad de una reducción de tensión permitida según EAU 1990 ** Superficie de muro tablestaca sin bloqueos internos Diseño de tablestaca utilizando el estándar ČSN EN 10 248-1 Basándonos en esta tabla, seleccionaremos la tablestaca VL 503 (500 × 340 × 9,7 mm), el tipo de acero S 270 GP, donde el momento de flexión máximo es M max 224,0 kN m El diseño seguro de la estructura se verifica por la ecuación
M dov 224 kN m M max 142 kNm m Resultado de análisis: En el diseño del muro de contención no anclado, estamos verificando los valores de profundidad mínima de la estructura en el suelo, y las fuerzas internas en la estructura: - La profundidad mínima de la estructura en la primera etapa: 2,33 m - La profundidad mínima de la estructura en la segunda etapa: 4,06 m - Por lo tanto, vamos a diseñar una tablestaca con profundidad en el suelo de 4,1 m y longitud total de 6,6 metros. Conclusión: El diseño del muro de contención con tablestaca VL 503 de acero S 270 con una longitud de 6,6 metros es satisfactorio.
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Capítulo 5.
Diseño de muro de contención anclado
En este capítulo les mostraremos cómo diseñar un muro de contención con una fila de anclajes. Asignación: Diseño de un muro de contención con una fila de anclaje a base de tablestaca con estándar EN 1997-1 (CE 7-1, DA3). La profundidad de la zanja es de 5,0 m. La fila de anclaje es de 1,5 m por debajo de la superficie. Los suelos, perfil geológico, nivel freático y la forma del terreno son los mismos que en la última tarea. Eliminar la
segunda etapa de construcción con el fin de no
considerar las inundaciones.
Esquema de muro anclado con Tablestaca - asignación
Solución: Para resolver este problema, vamos a utilizar el programa GEO5, Diseño de muros pantalla. En este capitulo, vamos a explicar paso a paso el siguiente ejemplo: Análisis 1: situación de diseño permanente – muro fijado en talón Análisis 2: situación de diseño permanente - muro con bisagras en el talón Resultado del análisis (conclusión)
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Entrada básica: Análisis 1 Deje los cuadros de "Configuración", "Perfil", "Suelo", "Terreno", "Agua" y "Configuración de etapa" del problema anterior sin cambios. Asimismo, eliminar la etapa de construcción 2 si es que va a reutilizar el archivo de problema 4. En el cuadro de "Geometría", ingrese la profundidad de zanja como 5,0 m.
Abra el cuadro "Anclaje" y haga clic en el botón "Añadir". Para este caso, añadir una fila de anclaje en profundidad de 1,5 m por debajo de la parte superior del muro con un espaciado de anclajes de 2,5 m. También defina la longitud de los anclajes (que no tiene ningún efecto en el programa de diseño de muros pantalla, es sólo para visualización, en este caso: 5 m para la long. Libre y 2 para la long del bulbo) y la pendiente de los anclajes 15 grados.
Cuadro „Anclaje“
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En el cuadro "Configuración del etapa" seleccionar "permanente". En el cuadro „Análisis” seleccionar soporte en la base . Por ahora, seleccionamos „Muro anclado en la base”. Ahora ejecutamos el análisis.
Cuadro “Análisis” En nuestro caso, necesitamos conocer la profundidad de empotramiento de la tablestaca y la fuerza de anclaje. Para un muro fijado en la base los valores son:
Longitud de construcción:
10,72 m
Profundidad en suelo:
5,72 m
Fuerza de anclaje:
165,77 kN
Momento máximo:
89,16 kNm/ m
Fuerza de corte máxima:
128,27 kN / m
Ahora realice el análisis para un muro articulado en la base (etapa de construcción 2).
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Luego compare los resultados, y dependiendo de la comparación, diseñe la profundidad del empotramiento. Entrada básica: Análisis 2 Ahora, añadir uno nuevo análisis en la esquina superior izquierda del cuadro.
Barra de herramientas “Análisis” Seleccionamos la opción „Muro articulado” y realizamos el análisis.
Cuadro “Análisis”
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Para un muro articulado en la base los valores son:
Longitud de construcción:
7,85 m
Profundidad en suelo
2,85 m
Fuerza de anclaje:
201,68 kN
Momento máximo:
119,35 kNm/ m
Fuerza de corte máxima:
69,84 kN / m
El resultado del análisis La longitud total de la estructura debe estar en el intervalo de "H anclado – Harticulado". Para un muro fijo en el talón la longitud de la estructura es más larga, pero la fuerza de anclaje es más pequeña. Para un muro con bisagras en el talón, es al revés, la fuerza de anclaje es mayor y la longitud de la estructura más corta. Es la tarea del usuario diseñar las dimensiones de la estructura. Conclusión En nuestro diseño, utilizaremos tablestacas VL 503 de acero S 270 con una longitud total de 9,0 m, con anclajes de tamaño de fuerza de 240 kN con espacios de anclaje de 2,5 m. En el próximo capítulo, vamos a comprobar esta estructura en el programa "Verificación de muros pantalla". Nota: No podemos tomar este diseño como final y además necesita ser comprobada en el programa de comprobación de muros, porque en una estructura real existe la redistribución de la presión de tierra debido al anclaje.
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Capítulo 6.
Verificación del muro de contención con una fila de anclajes
En este capítulo le mostraremos cómo verificar un muro de contención con verificación de estabilidad interna de los anclajes y la estabilidad global de la estructura. Asignación Verifique el muro de contención diseñado en la tarea 5. Solución: Para resolver este problema, vamos a utilizar el programa GEO5 „Verificación de muros pantalla”. En este capítulo, vamos a explicar cada paso para resolver esta tarea: Etapa de construcción 1: excavación de zanja a una profundidad de 2,0 m + geometría de muro Etapa de construcción 2: anclaje del muro + excavación de zanja a una profundidad de 5,0 m. Entrada básica: etapa de construcción 1 Para hacer nuestro trabajo más sencillo, podemos copiar los datos de la última tarea, luego de diseñar el muro en el programa "Diseño de muros pantalla" hacemos clic en "Editar" en la barra de herramientas superior y seleccionamos "Copiar datos". En el programa "Verificación de muros pantalla”, haga clic en "Editar" y luego en "Pegar datos". Ahora tenemos la mayor parte de los datos importantes de la última tarea copiados en este programa, por lo que no tenemos que introducir muchos de los datos necesarios.
Cuadro „Copiar datos”
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En el cuadro "Configuración", seleccione nuevamente el número 5 - "Standard - EN 1997, DA3". Seleccione para el “Análisis de presiones dependientes”: Reducción según la configuración del análisis. Mantenga el Coeficiente de presión de dimensionado mínimo en: 0,20.
Cuadro „Configuración (Análisis de presiones)” Nota: la opción "Análisis de presiones dependiente- no reduce", permite el análisis de las presiones límite (activa y pasiva), sin la reducción de los parámetros de entrada por factores parciales. Esto es mejor para la estimación del comportamiento real de construcción. Por otra parte, no se sigue la Norma EN 1997-1. (Más información en AYUDA - F1) Luego, en la barra de tareas vertical seleccione "Módulo
k h ", y como módulo de reacción del
suelo seleccione la opción "Analizar - Schmitt". Este método para determinar el módulo de reacción del subsuelo, depende del módulo edométrico y de la rigidez de la estructura. (Más información en AYUDA - F1)
Cuadro „Módulo
kh ”
Nota: el módulo de reacción del subsuelo es una entrada importante cuando se analiza una estructura por el método de presiones dependientes (modelo no lineal elástico-plástico). El módulo afecta a la deformación, que es necesaria para alcanzar presiones activas o pasivas. (Más información en AYUDA - F1) En el cuadro "Suelos", ingrese los siguientes valores para cada tipo de suelo. El coeficiente de Poisson y el módulo edométrico no se ingresaron en el programa anterior, por lo que deben ser ingresados aquí.
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Tabla de parámetros de suelos Índice de
Tipo de suelo
Poisson
(Clasificación de suelo)
SF – Arena de trazo fino, densidad media SC
–
Arena
arcillosa, densidad
media CL – Arcilla de mediana o baja plasticidad, consistencia firme
Módulo edométrico
Eoed MPa
0,30
21,0
0,35
12,5
0,40
9,5
En el cuadro "Geometría" se definen los parámetros de la tablestaca - tipo de muro, longitud de la sección, el coeficiente de reducción de la presión por debajo de fondo de la zanja, la geometría y el material de la construcción. En la base de datos de tablestaca, seleccione el VL 503 (500 x 340 x 9,7 mm).
Cuadro „Editar sección”
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Ahora, en el cuadro „Excavación” definir la profundidad de la primera zanja – 2,50 m para la primer etapa de construcción
Cuadro “Excavación” Ahora, en el cuadro "Análisis", en la parte izquierda de la imagen, se puede ver el módulo de reacción del subsuelo, en la sección derecha la presión de tierras y el desplazamiento. (Para obtener más información, consulte Ayuda - F1)
Cuadro „Análisis”
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Entrada básica: etapa de construcción 2 Añadir otra etapa de construcción como se indica a continuación. Aquí se define el anclaje del muro y la excavación general. No podemos cambiar los cuadros de "Configuración", "Perfil", "Módulo Kh", "Suelos" y "Geometría", debido a que estos datos son los mismos para todas las etapas de la construcción. Sólo cambiaremos los datos en los cuadros "Excavación" y "Anclajes". En el cuadro de "Excavación", cambiar la profundidad de la zanja a la profundidad final - 5,0 m.
Cuadro „Excavación”
Luego, vaya al cuadro "Anclajes" y haga clic en el botón "Añadir". En esta estructura, vamos a añadir una fila de anclajes a una profundidad de 1,5 m por debajo de la parte superior del muro (por debajo de la superficie). También definimos otros parámetros importantes: la longitud total del anclaje como 10 m (libre 7, del bulbo 3), ángulo de la pendiente como 15 ° y espacios entre anclaje de 2,5 m. Introduzca una fuerza de tensión previa igual a 240 kN y el diámetro del anclaje de 32.
Cuadro „Anclajes”
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Nota: La rigidez de los anclajes se toma en cuenta en las próximas etapas de la construcción. Debido a la deformación de la construcción las fuerzas en los anclajes están cambiando. (Más información en AYUDA - F1). No modificaremos ningún otro dato de entrada. Ahora, realizamos el análisis para ver los máximos de las fuerzas internas y el desplazamiento máximo de la estructura anclada.
Cuadro “Análisis”
Cuadro “Análisis (fuerzas internas)”
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Cuadro “Análisis” – Etapa de construcción 2 (Deformación y presión en la estructura) Verificación de material y de la sección transversal: Máximo momento detrás de la estructura es 116,03 kN / m Tablestacas VL 503 (500 × 340 × 9,7 mm), la calidad de acero S 270 GP satisfactoria (Momento admisible =
M u 224,0 kN m M max 116,0 kNm m )
Desplazamiento máximo de la estructura de 30,1 mm también SATISFACTORIO. Verificación de la estabilidad de anclaje Ahora, abra el cuadro "Verificación de Estabilidad Interna". Se puede ver, que la estabilidad interna de los anclajes es INACEPTABLE. Esto significa, que el ancla podría arrancar desde el suelo.
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Cuadro „Verificación Est. Interna” – Resultado no satisfactorio (longitud de anclaje – 7,0 m, k = 0,2) La razón de este resultado es que el anclaje es demasiado corto, por lo que en el cuadro „Anclajes”, cambie su longitud de 9 metros.
Este nuevo anclaje cumple con los requisitos de estabilidad interna.
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Cuadro „Verificación de Est. Interna” – resultado satisfactorio (longitud de anclaje – 9,0 m, k = 0,2) La última comprobación que se necesita es la estabilidad global de la estructura. Haga clic en el botón "Estabilidad externa". Esto abrirá el programa de "Estabilidad de taludes". En el cuadro "Análisis", haga clic en "Analizar". Ahora podemos ver que la estabilidad de los taludes es aceptable. Para estabilidad externa consideramos la longitud del anclaje como 7,0 m.
Cuadro „Estabilidad externa”
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Los resultados del análisis - conclusión: Análisis realizado: Capacidad portante de sección: 51.8%
M u 224,0 kN m M max 116,0 kNm m SATISFACTORIA.
La estabilidad interna: 81,0 %
Fvzd 274,4kN F 240kN
SATISFACTORIA.
Estabilidad general: 84.7%
Método - Bishop (Optimización)
SATISFACTORIA.
En este caso, la construcción diseñada es satisfactoria en todos los parámetros seleccionados.
.
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Capítulo 7.
Verificación del muro con múltiples anclajes
En este capítulo, mostramos cómo diseñar y verificar un muro de múltiples anclajes. Asignación Verifique un muro de múltiples anclajes a partir de pilotes de acero soldado I 400 con una longitud de 21,0 m. La profundidad final de la zanja será de 15,0 m. El terreno es horizontal. La sobrecarga actuando en la superficie, de tipo de acción permanente y de tamaño
25,0 kN m 2 .
El nivel freático detrás de la estructura es de 10,0 m por debajo de la superficie.
Esquema del muro anclado en múltiples capas
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Tabla con los parámetros del suelo y de la roca
Suelo, Roca (clasificación)
Perfil
m
Unidad de peso
kN m 3
Ángulo de fricción interna
ef
Cohesión del suelo
cef kPa
Ángulo de fricción estructura suelo
Suelo
Módulo de Coeficiente Peso deformación de unitario Edef MPa Poisson de suelo saturado
CL, CI – Cohesivo Arcilla de baja o 0,0 – 7,5 mediana 19,5 20 16 0,4 2,0 plasticidad, consistencia firme CS – Arcilla Cohesivo arenosa, 2,0 – 7,5 19,5 22 14 0,35 consistencia 4,5 firme R4 (roca Cohesivo buena), 4,5 – 7,5 21 27,5 30 0,3 resistencia 12,0 baja R3 (roca Cohesivo 12,0 buena), 7,5 – 22 40 100 0,25 resistencia 16,6 media R5 (roca Cohesivo 16,6 pobre), 7,5 – 19 24 20 0,3 muy baja 17,4 resistencia R5 (roca Cohesivo 17,4 pobre), 20 7,5 – 21 30 35 0,25 muy baja 25,0 resistencia R5 (roca Granular pobre), desde 7,5 21 40 100 0,2 muy baja 25,0 resistencia Ángulo de fricción entre la estructura y el suelo es 7,5 para todas las capas.
19,5
6,0
19,5
7,0
21
40,0
22
50,0
19
40,0
21
55,0
21
400,0
Además, el peso unitario saturado es igual al peso unitario superior. Tenga en cuenta que el módulo de deformación está siendo utilizado para los materiales del suelo y que éste se puede ingresar si primero seleccionamos
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Tabla con la posición y la geometría de los anclajes
Anclaje Profundidad Longitud z m l m Nro.
Bulbo
l k m
Pendiente Espaciado
b m
1
2,5
19,0
0,01
15,0
4,0
2
5,5
16,5
0,01
17,5
4,0
3
8,5
13,0
0,01
20,0
4,0
4
11,0
10,0
0,01
22,5
4,0
5
13,0
8,0
0,01
25,0
4,0
Diámetro
d d d d d
32,0 mm 32,0 mm 32,0 mm 32,0 mm 32,0 mm
Fuerza de anclaje
F kN 300,0 350,0 400,0 400,0 400,0
Todos los anclajes tienen un diámetro de d 32,0 mm , módulo de elasticidad E 210,0 GPa . Espaciado de anclajes de b 4,0 m . Solución Para resolver esta tarea, utilice el programa GEO5 – „Verificación de muros pantalla”. El análisis se lleva a cabo de la manera clásica sin reducción de los datos de entrada por lo que se tomó el comportamiento real de la estructura. La estabilidad interna del sistema de anclajes y la estabilidad general se puede comprobar con un factor de seguridad de 1,5. Esta solución supone que ha ingresado los tipos de suelo y perfiles, y la carga permanente que se enumeró más arriba. En el cuadro "Configuración", seleccione la opción nro. 1 - "Estándar - Factor de seguridad". Luego, vaya al cuadro "Geometría" e ingrese las dimensiones básicas de la sección, así como el coeficiente de reducción de la presión por debajo del fondo de la zanja, que en este caso es 0,4.
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Cuadro “Nueva sección” Nota. El coeficiente de reducción de presiones de tierra por debajo de la excavación reduce las presiones en el suelo. Para muros de contención clásicos esto es igual 1,0. Para láminas reforzadas es menor o igual a uno. Depende del tamaño y del espacio entre los apoyos (Más información en la ayuda - F1) Ahora, vamos a describir la construcción del muro paso a paso. Es necesario modelar la tarea en etapas, a fin de reflejar la forma en que se construye en la realidad. En cada etapa, es necesario tener en cuenta los valores de las fuerzas internas y de las deformaciones. Si la pantalla no es estable en alguna etapa de construcción o si la deformación analizada es demasiado grande, entonces tenemos que cambiar la estructura - por ejemplo, para hacer el muro con empotramiento más largo, hacer la zanja superficial, aumentar las fuerzas de anclaje, etc. En la etapa de construcción 1, la zanja se hizo a una profundidad de 3,0 m. Y el nivel freático delante y detrás de la estructura es de 10 m. (Nota: Para poder añadir una nueva etapa de construcción debe analizar la etapa actual, seleccione el botón “Análisis” y luego añada una nueva etapa)
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En la etapa 2, se colocó un anclaje a una profundidad de 2,5 m.
Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 2 En la 3era etapa de construcción, se excava la zanja a una profundidad de 6,5 m. En la 4 ta etapa, se coloca otro anclaje a una profundidad de 5,5 m. El nivel freático no cambia hasta el momento.
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Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 4 En la 5ta etapa de construcción, la zanja se excava hasta una profundidad de 9,0 m. En la 6 ta etapa, se coloca otro anclaje a la profundidad de 8,5 m. La profundidad del nivel freático no se cambia.
Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 6 En 7ma etapa de construcción, la zanja se excava hasta una profundidad de 11,5 m. En la etapa 8va de construcción, se coloca un anclaje a la profundidad de 11,0 m. El nivel freático delante del muro se encuentra ahora en una profundidad de 12,0 m por debajo de la superficie. El nivel freático detrás de la estructura no cambia.
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Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 8 En la 9na etapa de construcción, la zanja se excava hasta una profundidad de 13,5 m. En la décima etapa, se coloca otro anclaje a la profundidad de 13 m. El nivel freático delante de la estructura a 15,5 m por debajo de la superficie. El nivel freático detrás de la estructura no cambia.
Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 10 En la última etapa de construcción, la zanja se excava hasta una profundidad de 15,0 m. No añadimos nuevos anclajes. El nivel freático delante de la estructura está a una profundidad de 15,5 m y detrás del muro está a una profundidad de 10,0 m.
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Cuadro „Anclaje” – Etapa de construcción 11 Nota: Debido a la deformación de la estructura, las fuerzas en anclajes están cambiando. Estos cambios dependen de la rigidez de los anclajes y la deformación de la cabeza del anclaje. La fuerza puede disminuir (debido a la pérdida de la fuerza de pre-tensado) o aumentar. Las fuerzas pueden ser pre-tensadas en cualquier etapa de construcción contra la fuerza requerida.
Resultados del análisis En las imágenes siguientes se muestran los resultados del análisis de la última etapa de construcción.
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Cuadro „Análisis (Kh + presiones)”
Cuadro „Análisis (Fuerzas internas)”
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Cuadro „Análisis (Deformaciones + tensiones)”
Todas las etapas se analizaron satisfactoriamente – lo que significa que la estructura es estable y funcional en todas las etapas de la construcción. La deformación también se debe comprobar que no sea demasiado grande, y que la fuerza de anclaje no exceda la capacidad de carga del anclaje (El usuario debe comprobar esto ya que esto no está controlado por el programa „Verificación de muros pantalla“). • El máximo desplazamiento del muro es de 28,8 mm, lo cual es satisfactorio. Nota: Si el programa no encuentra una solución en algunas de las etapas de construcción, los datos deben ser revisados - por ejemplo, para hacer la estructura más larga, hacer que las fuerzas en los anclajes sean más grandes, cambie el número o posición de los anclajes, etc. Verificación de la sección transversal de la estructura En la barra de herramientas vertical abra el cuadro "Envolventes", en la primera etapa de construcción, donde usted vea los valores máximos y mínimos de las variables.
Fuerza de corte máxima:
237,24 kN m
Momento de flexión máxima:
220,80 kNm m
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Cuadro „Envolventes” El momento de flexión se calcula por un metro (pie) de la estructura, por lo que tenemos que calcular el momento que actúa sobre la viga. La separación de las vigas soldado en nuestro ejemplo es 2,0 m, por lo que el momento resultante es 220,80 * 2,0 = 441,6 KNm. Los usuarios pueden realizar la verificación de la sección I 400 manualmente o utilizando otro programa como FIN EC - ACERO.
Verificación – sección transversal I 400 – salida desde el programa FIN EC STEEL : 72,8 %
M y , R 606,582 kNm M max 441,6 kNm Esta sección transversal diseñada satisface los criterios de análisis. Nota: Dimensionamiento y verificación de muros de hormigón y acero no es parte del programa de Verificación de muros pantalla, pero está previsto para una futura versión.
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Análisis de la estabilidad interna En la barra de herramientas vertical ir a la cuadro "Verificación de estabilidad interna" en la última etapa de construcción y ver la fuerza máxima permitida en cada anclaje y el factor de seguridad especificado. El factor de seguridad mínimo es de 1.5.
Cuadro „Verificación de estabilidad interna“ Nota: La verificación se lleva a cabo de la siguiente forma. Primero iteramos la fuerza en el anclaje, lo que resulta en un equilibrio de todas las fuerzas que actúan sobre la cuña de la tierra. Esta cuña tierra está bordeada por la construcción, el terreno, la mitad de los bulbos de los anclajes y el talón teórico de la estructura. Si un anclaje no es satisfactorio la mejor manera de resolver el problema es hacer que sea más largo o disminuir la fuerza de pre-tensado. Verificación de la estabilidad externa El último análisis requerido es "Verificación de estabilidad externa". Presionando este botón en la barra de herramientas vertical se abrirá automáticamente el programa de "Estabilidad de taludes", donde se realiza el análisis de la estabilidad global.
Programa „Estabilidad de taludes”
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Conclusión La estructura fue exitosamente diseñada con una deformación máxima de 28,8 mm. Esto es satisfactorio para este tipo de construcción. Además, no se han superado los límites de las fuerzas en los anclajes. • Verificación de la capacidad portante de la sección transversal
SATISFACTORIA
• Estabilidad interna
SATISFACTORIA
Anclaje nro. 4 (factor de seguridad analizado):
SFmin 5,34 > SFa 1,50
• Estabilidad externa SATISFACTORIA Los factores de seguridad (Bishop - optimización):
SF 2,92 > SFs 1,50
La pantalla diseñada satisface los criterios de evaluación
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Capítulo 8.
Análisis de estabilidad de taludes
En este capítulo, vamos a mostrarle cómo verificar la estabilidad de taludes con superficies de deslizamiento circular y poligonal (utilizando su optimización), y las diferencias entre los métodos de análisis de estabilidad de taludes. Asignación Realizar un análisis de estabilidad de taludes de pendiente diseñada con un muro de gravedad. Esta es una situación permanente de diseño. El factor de seguridad requerido es SF = 1,50. No hay agua en el talud.
Esquema de asignación
Solución Para resolver este problema, vamos a utilizar el programa GEO5 „Estabilidad de taludes”. En este capítulo, vamos a explicar paso a paso como resolver este problema: • Análisis nro. 1: optimización de la superficie de deslizamiento circular (Bishop) • Análisis nro. 2: Verificación de la estabilidad de taludes para todos los métodos • Análisis nro. 3: Optimización de la superficie de deslizamiento poligonal (Spencer) • Resultado de análisis (conclusión)
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Entrada Básica - Análisis 1: En el cuadro "Configuración" haga clic en "Seleccionar" y elija opción de nro. 1 - "Estándar - factor de seguridad“.
Cuadro „Lista de configuración”
Luego modelamos las capas de interfaz, respecto del terreno utilizando estas coordenadas:
Añadiendo puntos de interfaz
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En primer lugar, en el cuadro de "Interfaz" ingresar el rango de coordenadas. La "Profundidad del punto de interfaz más profundo" es sólo para la visualización del ejemplo - que no tiene ninguna influencia en el análisis.
Luego, ingrese el perfil geológico, defina los parámetros del suelo, y asígnelos al perfil.
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Cuadro „Añadir nuevo suelo” Nota: En este análisis, estamos verificando la estabilidad de los taludes a largo plazo. Por lo tanto estamos resolviendo esta tarea con los parámetros efectivos de la fuerza de deslizamiento de los suelos ( ef , cef ). Foliación de los suelos – parámetros diferentes o empeorados de suelo en una dirección - no se consideran en las tierras asignadas.
Tabla con los parámetros del suelo Suelo (Clasificación de suelo) MG – limo gravoso, Consistencia firme S-F – Arena de trazos finos, suelo denso MS – Limo arenoso, consistencia rígida S r 0,8
Ángulo de fricción interna
Cohesión del suelo
19,0
29,0
8,0
17,5
31,5
0,0
Unidad de peso
kN m 3
ef
cef kPa
Región de suelo asignado 1 3 4
18,0
26,5
16,0
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Modelar el muro de gravedad como un cuerpo rígido con un peso unitario de
23,0 kN m 3 .
La superficie de deslizamiento no pasa a través de este objeto, porque es una zona con una gran fuerza. (Más información en AYUDA - F1) En el siguiente paso, definir la sobrecarga permanente, la cual es una tira con su ubicación en la superficie del terreno.
Cuadro „Nueva sobrecarga” Nota: Una sobrecarga se ingresa a 1 m del ancho de la pendiente. La única excepción es la sobrecarga concentrada, donde el programa calcula el efecto de la carga para el perfil analizado. Para obtener más información, consulte la ayuda (F1).
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No tenga en cuenta el cuadro "Terraplén", "Corte tierra", "Anclajes", "Refuerzos" y "Agua". El cuadro "Sismo" no tiene ninguna influencia en este análisis, debido a que la pendiente no se encuentra en la zona de actividad sísmica. A continuación, en el cuadro "Configuración de etapa", seleccione la situación de diseño. En este caso, consideramos que la situación de diseño es "Permanente".
Cuadro „Configuración de etapa” Análisis 1 - Superficie de deslizamiento circular Ahora abra el cuadro "Análisis", donde el usuario ingresa la superficie de deslizamiento original utilizando las coordenadas del centro (x, y) y su radio o utiliza el mouse directamente en el escritorio - Haga clic en la interfaz para introducir tres puntos por los que la superficie de deslizamiento pasa.
Nota: En suelos cohesivos las superficies de deslizamiento de rotación se presentan con mayor frecuencia. Estos se modelan mediante superficies de deslizamiento circulares. Esta superficie se utiliza para encontrar áreas críticas de una pendiente analizada. Para suelos no cohesivos, el análisis de una superficie de deslizamiento poligonal debe realizarse también con la verificación de la estabilidad de taludes (ver HELP - F1). Ahora, seleccione " Bishop " como método de análisis y, a continuación, establecer el tipo de análisis como "Optimización".Luego, realice la verificación real, presionando el botón "Analizar".
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Cuadro „Análisis” Bishop –Optimización de superficie de deslizamiento circular Nota: La optimización consiste en encontrar la superficie de deslizamiento circular con la estabilidadla más pequeña - superficie de deslizamiento crítica. La optimización de las superficies de deslizamiento circulares en el programa Estabilidad de taludes evalúa toda la pendiente, y es muy fiable. Para diferentes superficies de deslizamiento iniciales, obtendremos el mismo resultado para una superficie de deslizamiento crítica. El nivel de estabilidad definido por la superficie de deslizamiento crítica cuando se utiliza el método de evaluación "Bishop" es ACE
Barra de herramientas „Análisis” En el cuadro análisis, cambiar el tipo de análisis a "Estándar" y como método seleccionar "Todos los métodos". A continuación, haga clic en "Analizar".
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Cuadro „Análisis” – Todos los métodos – tipos de análisis estándar Nota: Utilizando este procedimiento, la superficie de deslizamiento creada para todos los métodos se corresponde con la superficie de deslizamiento crítica de la etapa de análisis previa utilizando el método Bishop. Para obtener mejores resultados el usuario debe elegir el método y luego realizar una optimización de las superficies de deslizamiento. Los valores del nivel de estabilidad de taludes son: Bishop:
SF 1,82 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
Fellenius / Petterson:
SF 1,61 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
SF 1,79 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
SF 1,80 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
SF 1,80 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
SF 1,63 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
-Price:
Nota: la selección del método de análisis depende de la experiencia del usuario. Los métodos más conocidos son el método de cortes, de los cuales el más utilizado es el método Bishop. El método Bishop devuelve resultados conservadores. Para pendientes reforzadas o ancladas son preferibles otros métodos más rigurosos (Janbu, Spencer y Morgenstern-Price). Estos métodos más rigurosos reúnen todas las condiciones de equilibrio, y describen mejor el comportamiento real de la pendiente.
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No es necesario (o correcto) analizar una pendiente con todos los métodos de análisis. Por ejemplo, el método sueco Fellenius - Petterson produce resultados muy conservadores, por lo que los factores de seguridad podrían ser excesivamente bajos en el resultado. Debido a que este método es famoso y en algunos países requeridos para el análisis de estabilidad de la pendiente, forman parte del software GEO5. Análisis 3 - Superficie de deslizamiento poligonal En el último paso del análisis ingresar la superficie de deslizamiento poligonal. Como método de análisis, seleccione "Spencer", como el tipo de análisis, seleccione "optimización", introduzca una superficie de deslizamiento poligonal y realizar el análisis.
Cuadro „Análisis” – Spencer - Optimización de superficie de deslizamiento poligonal Los valores del nivel de estabilidad de taludes son:
SF 1,58 SFs 1,50
ACEPTABLE.
Nota: La optimización de una superficie de deslizamiento poligonal es gradual y depende de la ubicación de la superficie de deslizamiento inicial. Esto significa que es bueno hacer varios análisis con diferentes superficies de deslizamiento iniciales y con diferente número de secciones. La optimización de superficies de deslizamiento poligonales puede ser también afectada por mínimos locales de factor de seguridad. Esto significa que no es necesario encontrar la superficie crítica real.
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A veces es más eficiente para el usuario ingresar la superficie de deslizamiento poligonal inicial a partir de una forma y ubicación similar a una superficie de deslizamiento circular optimizada.
Mínimos locales Nota: A menudo recibimos quejas de los usuarios que la superficie de deslizamiento después de la optimización "desaparece". Para suelos no cohesivos, donde cef 0 kPa la superficie de deslizamiento crítica es la misma que la línea más inclinada de la superficie de la pendiente. En este caso, el usuario debe cambiar los parámetros del suelo o introducir restricciones en el que la superficie de deslizamiento no puede pasar. Conclusión La estabilidad del talud luego de la optimización es: - optimización): - optimización):
SF 1,82 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
SF 1,58 SFs 1,50
SATISFACTORIO.
La pendiente diseñada con un muro de gravedad satisface los requisitos de estabilidad.
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Capítulo 9.
Estabilidad de la pendiente con muro de contención
En este capítulo, vamos a describir el análisis de la estabilidad para un talud existente, luego cómo modelar un muro con pantalla que se está construyendo, y cómo comprobar su estabilidad interna y externa. Asignación: Realizar un análisis de la pendiente existente y verificar el diseño de un muro subterráneo para la construcción de zonas de estacionamiento. Al realizar el análisis, considere situación de diseño permanente en todas las etapas de la construcción. Verifique la estabilidad mediante factores de seguridad. El factor de seguridad necesario
SFs 1,50 . Todos los análisis de estabilidad se realizarán
utilizando el método de Bishop con optimización de la superficie de deslizamiento circular. Esquema de asignación El muro está hecho de hormigón clase C 30/37, con espesor de muro de h 0,5 m . La resistencia al corte del muro calculada es:
VRd 325 kN m
Solución: Para resolver esta tarea, utilice el programa GEO5 – „Estabilidad de taludes”. En este capítulo, vamos a describir paso a paso la solución de esta tarea. para un talud existente; a por zona de aparcamiento (sólo como etapa de trabajo) externa;
Etapa de construcción 1: Modelando la pendiente En el cuadro de "Configuración", haga clic en el botón "Seleccionar configuraciones" y luego elegir la configuración de análisis nro. 1 "Estándar – factor de seguridad".
Cuadro “Lista de configuraciones”
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Luego, el modelo de interfaz de capas respecto del terreno utiliza las siguientes coordenadas:
„Coordenadas de interfaz”
Nota: Si se ha introducido datos de forma incorrecta, se puede deshacer con el botón DESHACER (atajo Ctrl-Z). De la misma manera, podemos usar la función opuesta REHACER (atajo Ctrl-Y).
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Botones „Hacer“ y „Rehacer“ A continuación, defina los parámetros del suelo y asígnelos al perfil. Tabla de parámetros de suelo
Suelos (Clasificación de suelos) SM – Arena limosa Suelo de densidad media ML, MI – Limo de baja o mediana plasticidad, consistencia rígida, S r 0,8 MS – Limo arenoso , consistencia rime
Unidad de peso
kN m 3
Ángulo de fricción interna ef
Cohesión del suelo
cef kPa
Región
18,0
29,0
5,0
1
20,0
21,0
30,0
2
18,0
26,5
12,0
3
Nota: el peso unitario de suelo saturado es igual al peso unitario
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En el cuadro „Configuración de etapa” seleccionar situación de diseño permanente
Análisis 1 - estabilidad del talud existente Ahora abra el cuadro "Análisis" y ejecute la verificación de la estabilidad del talud original. Como método de verificación seleccione "Bishop" y luego realice la optimización de la superficie de deslizamiento circular.
¿Cómo describir la entrada de la superficie de deslizamiento y los principios de optimización se describen con más detalle en el capítulo anterior y en la Ayuda (F1).
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Análisis 1 – Estabilidad de la pendiente original El factor de seguridad del talud original analizado por el método Bishop es:
SF 2,26 SFs 1,50
ACEPTABLE
Etapa de construcción 2: Modelado de corte de tierra Ahora agregue la segunda etapa de construcción con el botón de la esquina superior izquierda de la ventana.
Barra de herramientas „Etapa de construcción” Añadir el corte de tierra a la interfaz mediante la adición de puntos individuales del corte de tierra considero (similar a agregar puntos a la interfaz actual) en el cuadro de "Corte de Tierra". La excavación para muro pantalla es de 0,5 m de ancho. Después de que haya terminado con la adición de los puntos haga clic en "OK".
„Coordenadas de corte de tierra“
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Nota: Si usted define dos puntos con las misma coordenada x (vea la figura), el programa le pregunta si desea añadir el nuevo punto a la izquierda o a la derecha. El esquema de resultados de entrada de los puntos se destacan con los colores rojo y verde en el cuadro de dialogo.
Cuadro „Corte de tierra” Etapa de construcción 3: construcción del muro de contención Ahora vamos a diseñar el muro pantalla. En el cuadro de "Terraplén" añadir los puntos de la interfaz del terraplén. Con esto modelamos el parte frontal de la estructura del muro (ver figura).
„Puntos de terraplén“
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Cuadro „Terraplén” Análisis 2 - Estabilidad interna del muro de contención Para verificar la estabilidad interna de la superficie de deslizamiento circular es necesario modelar la estructura como un suelo rígido con cohesión ficticia, y no como cuerpo rígido. Si se modela como un cuerpo rígido, la superficie de deslizamiento no puede cortar la estructura. Nota: la resistencia al corte del muro de contención RC es modelada con la ayuda de la cohesión ficticia, que podemos determinar como:
c fict
VRd 325,0 650 kPa h 0,5
Donde:
h m
Ancho del muro
VRd kN m
Resistencia al corte del muro
Ahora debemos regresar a la primera etapa de construcción y agregar un nuevo suelo con el nombre "Material del muro de contención". Definir el valor de la cohesión como ficticia
cef 650 kPa , el ángulo de fricción interna como un valor pequeño (por ejemplo ef 1 ) ya que el programa no permite a la entrada 0. Definir la unidad de peso como
25 kN m 3 , que corresponde
a la estructura de hormigón armado.
Suelo “Material del muro de contención”
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Datos de entrada de la superficie de deslizamiento circular
Análisis 3 - Superficie de deslizamiento detrás del corte de tierra del muro de retención (Estabilidad interna) Los resultados del análisis de la estabilidad interna muestran que la pendiente con el corte de tierra y el muro de contención son estables:
SF 1,60 SFs 1,50
ACEPTABLE
Análisis 3 - Estabilidad externa del muro de contención Ahora añada otro análisis utilizando la barra de herramientas en la esquina inferior izquierda
Barra de herramientas “Más Análisis” Antes de ejecutar el análisis de la estabilidad externa de taludes, agregar restricciones sobre el procedimiento de optimización utilizando líneas que la superficie de deslizamiento no pueda cortar cuando se ejecuta el procedimiento de optimización (Más información en AYUDA - F1). En nuestro ejemplo las líneas de restricción son las mismas que los bordes de las tablestacas.
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Análisis 4 - Restricciones sobre el proceso de optimización
Nota: para el análisis de estabilidad externa de taludes es apropiado introducir el muro de contención como un cuerpo sólido. Cuando el muro se modela como un cuerpo sólido, la superficie de deslizamiento no lo cruza durante la evaluación optimización.
Datos de entrada de la superficie de deslizamiento circular
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Análisis 4 - estabilidad de taludes con corte de tierra y muro de contención (estabilidad externa) De los resultados de la estabilidad externa, podemos ver que la pendiente con el corte de tierra y el muro de contención es estable:
SF 2,59 SFs 1,50
SATISFACTORIA.
Conclusión El objetivo de este capítulo fue verificar la estabilidad de taludes y el diseño de corte de tierra con muros de contención para una construcción de un aparcamiento con análisis de la estabilidad interna y externa. Los resultados del análisis son:
2,26 SFs 1,50
Análisis 1 (estabilidad de talud existente): SF
SATISFACTORIA
Análisis 2 (estabilidad interna de talud): SF
1,60 SFs 1,50
SATISFACTORIA
Análisis 3 (estabilidad externa de talud): SF
2,59 SFs 1,50
SATISFACTORIA
Esta inclinación con corte de tierra y el muro de contención de hormigón (con ancho de 0,5 m) en términos de estabilidad a largo plazo satisface los criterios de evaluación. Nota: es necesario revisar el muro de contención diseñado contra tensión del momento de flexión de la carga de presión activa de la tierra. Este momento de flexión se puede analizar el programa GEO5 Diseño de muros pantalla y verificación de muros pantalla. Por el mismo momento de flexión también es necesario diseñar y comprobar refuerzos - por ejemplo en el programa de FIN CE - Hormigón 2D.
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Capítulo 10.
Diseño de geometría de zapata
En este capítulo, vamos a mostrar cómo diseñar una zapata de forma fácil y efectiva. Asignación: Utilizamos las normas EN 1997-1 (CE 7-1, DA1), y diseñamos las dimensiones de una zapata centrada. Las fuerzas de columnas actúan en la parte superior de la fundación. Las fuerzas de entrada son: N , H x , H y , M x , M y . El terreno detrás de la estructura es horizontal, el suelo de cimentación consta de SF – Arena de trazo fino, suelo de densidad media. A 6,0 m hay pizarra levemente erosionada. El nivel freático también está a una profundidad de 6,0 m. La profundidad de la cimentación es de 2,5 m por debajo del terreno original.
Esquema de asignación- análisis de la capacidad portante de la zapatas Solución Para resolver este problema, vamos a utilizar el programa GEO5 - Zapata. Primero ingresamos todos los datos de entrada en cada cuadro, excepto "Geometría". En el cuadro Geometría, vamos a diseñar la zapata Entrada básica En el cuadro "Configuración", haga clic en "Seleccionar configuraciones" y luego seleccione el nro. 3 - "Estándar - ES 1997 - DA1".
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Cuadro „Lista de configuraciones” También seleccione el método de análisis - en este caso, "Análisis de las condiciones drenadas". No vamos a analizar el asentamiento.
Cuadro „Configuración” Nota: Por lo general, las zapatas se analizan para condiciones drenadas = utilizando los parámetros efectivos de tierra ( ef
, cef ). El análisis de las condiciones no drenadas se realiza para suelos
cohesivos y el rendimiento a corto plazo utilizando parámetros totales de suelo ( u , cu ). De acuerdo con la norma EN 1997 la fricción total se considera siempre u
0.
En el siguiente paso ingresar el perfil geológico (profundidad de 6m) y los parámetros de suelo y asignarlos al perfil. Tabla de parámetros de suelo Perfil m
Unidad de peso
Ángulo de fricción interna
Cohesión del suelo
0,0 – 6,0
17,5
29,5
0,0
Pizarra levemente erosionada desde 6,0
22,5
23,0
50,0
Suelo, roca (Clasificación) S-F – Arena de trazos finos, suelo densidad media
kN m 3
ef
cef kPa
Nota: Considerar el peso unitario de suelo saturado igual a la unidad de peso
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En el siguiente paso, abra el cuadro "Cimentación". Como tipo de cimentación, seleccione "Zapata centrada" y complete las dimensiones correspondientes, como: profundidad desde el terreno original, profundidad del fondo de la zapata, el espesor de la cimentación y la inclinación del fondo de la zapata. Además, ingrese el peso unitario de la sobrecarga, que es el relleno de la zapata después de la construcción.
Cuadro „Cimentación” Nota: La profundidad del fondo de la zapata depende de muchos factores, tales como los factores naturales y climáticos, hidrogeología de la obra de construcción y las condiciones geológicas. En República Checa se recomienda la profundidad del fondo de la zapata por lo menos 0,8 metros por debajo de la superficie debido a la congelación. Para arcillas se recomienda que la profundidad sea mayor, tales como 1,6 metros. Cuando el análisis de la capacidad portante de cimentación, la profundidad del fondo se considera como la distancia vertical mínima entre la parte inferior y la base del terreno final. En el cuadro „Carga” ingresar las fuerzas y los momentos actuando en la parte superior de la fundación: N , H x , H y , M x , M y . Estos valores se obtienen desde un programa de análisis estructural y que podemos importar luego a nuestro análisis haciendo clic en „Importar“
Cuadro „Carga” Nota: Para el diseño de las dimensiones de la zapata, por lo general la carga de diseño de estado último es la carga de decisión. Sin embargo, en este caso estamos usando la configuración de análisis de EN 1997-1 - DA1, y debes introducir el valor de la carga de diseño de estado de servicio también, porque el análisis requiere dos combinaciones de diseño.
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Cuadro „Editar carga“ En el cuadro "Material", ingresar las características del material de la cimentación. Saltear el cuadro "Sobrecarga", ya que no hay sobrecarga cerca de los cimientos. Nota: La sobrecarga alrededor de los cimientos influye en el análisis para asiento y rotación de la fundación, pero no en la capacidad portante. En el caso de la capacidad portante vertical siempre actúa favorablemente y ningún conocimiento teórico nos lleva a analizar esta influencia. En el cuadro "Napa Freática + Subsuelo" ingresar en la profundidad de las aguas subterráneas a 6,0 metros.
No vamos a ingresar “Yacimientos de Arena-grava (AG)” porque estamos considerando suelos no cohesivos permeables en el fondo de la zapata.
A continuación, abra el cuadro la "Configuración de etapa" y seleccione "permanente", como la situación de proyecto.
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Diseño de las dimensiones de la fundación Ahora, abra el cuadro "Geometría" y aplique la función "Diseño de dimensiones", con lo que el programa determina las dimensiones mínimas requeridas de la cimentación. Estas dimensiones se pueden modificar posteriormente. En la ventana de diálogo que se puede ingresar la capacidad portante del suelo de cimentación Rd o seleccione
"Automático".
Vamos
a
elegir
"
Automático"
por
ahora.
El
programa
analiza
automáticamente el peso de cimentación y el peso del suelo por debajo de base y determina las dimensiones mínimas de la cimentación.
Cuadro „Diseño de las dimensiones de cimentación“ Nota: El diseño de zapatas centradas y excéntricas siempre se lleva a cabo de tal manera que las dimensiones de la base son tan pequeñas como pueden ser e incluso todavía mantienen una
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capacidad portante verticales adecuada. La opción "Manual" diseña las dimensiones de zapata basada en la capacidad portante ingresada para el suelo de cimentación. Podemos verificar el diseño en el cuadro „Verificación de la capacidad portante“
Cuadro “Verificación de Capacidad portante“ Conclusión: La capacidad portante de cimentación diseñada (2,0 x 2, 0 m) es ACEPTABLE.
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Capítulo 11.
Asiento de Zapatas
En este capítulo, se describe cómo se realiza el análisis de asiento y la rotación de una zapata. Asignación: Analizar el asiento de una zapata centrada diseñada en último capítulo (10. Diseño de dimensiones de zapata). La geometría de la estructura, la carga, el perfil geológico y los suelos son los mismos que en el capítulo anterior. Lleve a cabo el análisis de asientos utilizando el módulo edométrico, y considerar la resistencia estructural del suelo. Analizar la cimentación en términos de estados límite de servicio. Para una estructura de hormigón estructuralmente indeterminada, en donde la zapata es una parte, la solución del asiento es:
sm,lim 60,0 mm.
Esquema de asignación – análisis de asientos de zapata Solución: Para resolver esta tarea, vamos a utilizar el programa GEO5 - Zapatas. Vamos a utilizar los datos del capítulo anterior, donde casi todos los datos requeridos ya fueron ingresados. Entrada básica El diseño de la zapata en la última tarea se llevó a cabo utilizando la norma EN 1997, DA1. El Eurocódigo no piden ninguna teoría para el análisis de asientos, por lo que cualquier teoría de común acuerdo puede ser utilizada. Compruebe la configuración en el cuadro "Configuración", haga clic en "Editar". En la pestaña "Verificación de Asiento" seleccione la opción Método de análisis "Módulo edométrico" y establecer la “Restricción de la zona de influencia": basado en la resistencia estructural".
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Cuadro “Editar configuración actual“ Nota: La resistencia estructural representa la resistencia de un suelo contra la deformación frente a la carga. Se utiliza solo en Republica checa o Eslovaquia. En otros países, la restricción de la zona de influencia se describe por el porcentaje de tensión inicial in-situ. Los valores recomendados para la tensión estructural son del estándar CSN 73 1001(Suelos de fundación debajo de la cimentación) En el siguiente paso, definir los parámetros de los suelos para el análisis de asentamiento. Tenemos que editar cada suelo y agregar valores para el coeficiente de Poisson, coeficiente de resistencia estructural y módulo edométrico, módulo de deformación respectivamente. Tabla de parámetros de suelo
Suelo, roca (Clasificación)
Ángulo Coeficiente Módulo de Coef. de Cohesión de Unidad de deformación resistencia de Poisson fricción del suelo peso estructural 3 kN m interna m E MPa
ef
S-F – Arena de trazos finos, densidad del suelo media Pizarra levemente erosionada
def
17,5
29,5
0
0,3
15,5
0,3
22,5
23,0
50
0,25
500,0
0,3
Nota: para el módulo de deformación tener en cuenta seleccionar la opción “Insertar Edef”
Análisis: Ahora, ejecute el análisis en el cuadro de " Asentamiento". El asentamiento es siempre analizado para servicios de carga.
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Cuadro „Asentamiento” En el cuadro de "Asentamiento", recuerde que se necesita introducir otros parámetros: - El esfuerzo inicial in-situ en el fondo de la zapata se considera desde el terreno final (TF) Nota: el valor del esfuerzo in-situ en la base de la zapata tiene influencia sobre la cantidad de asentamiento y la profundidad de la zona de influencia – el esfuerzo inicial mayor in-situ significa menos asentamiento. La opción de esfuerzo in situ actuando en el fondo de la zapata depende del tiempo que el fondo de la zapata está abierto. Si el fondo de la zapata es abierto durante un período de tiempo largo, la compactación del suelo será menor y no es posible considerar las condiciones de esfuerzo original del suelo. -
En la sección „Coeficiente de reducción para calcular asentamiento” seleccione la opción Considerar efecto del espesor de cimentación (1).
Nota: el coeficiente " 1 " refleja la influencia de la profundidad de la cimentación y da resultados más realistas del asentamiento
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Resultados del análisis El asentamiento definitivo de la estructura es de 17 mm. Dentro de un análisis de los estados límite de capacidad de servicio se comparan los valores del asentamiento analizado con valores límite, que son admisibles para la estructura. Nota: La rigidez de la estructura (suelo-cimientos) tiene una gran influencia sobre el asentamiento. Esta rigidez se describe por el coeficiente k - si k es mayor que 1, la cimentación se considera que es rígida y el asentamiento se calcula en virtud de un punto característico (que se encuentra en 0,37 l o 0,37 b desde el centro de la cimentación, donde l y b son las dimensiones de la cimentación). Si el coeficiente k es menor que 1, el asentamiento se calcula por el centro de la cimentación. -
La rigidez analizada de la cimentación en la dirección es k 137,10 . El asentamiento se calcula siguiendo el punto característico de la cimentación.
Nota: Los valores informativos de asentamiento permisible para diferentes tipos de estructuras se pueden encontrar en diversas normas - por ejemplo CSN EN 1997-1 (2006) Diseño de estructuras geotécnicas. El programa Zapata también proporciona resultados para la rotación de la cimentación, que se analiza a partir de la diferencia del asentamiento de los centros de cada borde.
La rotación de la cimentación - Principio del análisis
0,75 (tan1000) 1,776 (tan1000) 93 Manual de Programas GEO5 para ingenieros
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Conclusión Esta zapata en términos de asentamiento satisface los criterios de evaluación. Asentamiento:
s m,lim 60,0 s 16,9 [mm].
No es necesario verificar la rotación de esta cimentación.
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Capítulo 12.
Análisis de consolidación debajo de un terraplén
En este capítulo, vamos a explicar cómo analizar la consolidación debajo un terraplén construido. Introducción: La consolidación del suelo tiene en cuenta el momento de asentamiento (cálculo de la deformación tierra) bajo el efecto de cargas externas (constante o variable). La sobrecarga conduce a un aumento en la formación de tensión de la tierra y la extrusión gradual de agua desde los poros, es decir, la consolidación del suelo. La consolidación primaria corresponde a la situación en la que hay una disipación completa de las presiones de poro en el suelo, la consolidación secundaria afecta a los procesos geológicos en el esqueleto del suelo (el llamado "efecto de arrastre"). Este es un proceso dependiente del tiempo influenciado por un número de factores (por ejemplo, la permeabilidad y compresibilidad del suelo, la longitud de las vías de drenaje, etc.) En cuanto al grado de consolidación distinguimos los siguientes casos de asentamiento del terreno: correspondiente correspondiente Asignación: Determinar el valor de asiento debajo del centro de un terraplén construido sobre arcilla impermeable a un año y a diez años después de su construcción. Hacer el análisis utilizando las normas CSN 73 1001 (con módulo edométrico), el límite de la zona de influencia se considerar utilizando el coeficiente de resistencia de la estructura.
Esquema de asientos - Consolidación Solución El Programa de GEO5 “Asientos”, se utiliza para resolver esta tarea. Vamos a modelar este ejemplo paso a paso:
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1era etapa de construcción - Modelado de la interfaz, cálculo de la tensión geoestática inicial.
2da etapa de la construcción – Se incluye una sobrecarga por medio de un terraplén.
3era hasta la 5ta etapa de construcción - cálculo de la consolidación del terraplén en diferentes intervalos de tiempo (de acuerdo a la asignación).
Evaluación de los resultados (conclusión).
Asignación Básica (procedimiento): Etapa 1 Compruebe el campo "Realizar un análisis de la consolidación" en el cuadro "Configuración". A continuación, seleccione la configuración específica para el cálculo del asiento en la "lista de configuraciones". Esta configuración describe el método de análisis para el cálculo de asiento y la restricción de la zona de influencia.
Cuadro „Configuración” Nota: Este cálculo considera la llamada consolidación primaria (disipación de la presión de poro). El asentamiento secundario (fluencia), que puede ocurrir principalmente con suelos no consolidados y orgánicos, no se resuelve dentro de este ejemplo. Luego ingresamos el rango y la interfaz de la capa.
El objetivo es seleccionar dos capas entre las cuales la consolidación se lleva a cabo.
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Cuadro „Interfaz” Nota: Si hay un suelo homogéneo, luego, con el fin de calcular la consolidación, es necesario introducir una capa ficticia (usar los mismos parámetros para las dos capas de tierra que están separados por la interfaz original), preferiblemente a la profundidad de la zona de deformación. A continuación, se define el "subsuelo incompresible" (IS) (a una profundidad de 10 m) por medio de la introducción de coordenadas de manera similar al modelado de interfaz. El asentamiento tiene lugar por debajo del suelo incomprensible.
Los parámetros del suelo se ingresan en el siguiente paso. Para los suelos que se están consolidando, es necesario especificar el coeficiente de permeabilidad " k " o el coeficiente de consolidación " c v ". Los valores aproximados se pueden encontrar en la Ayuda (F1).
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Cuadro „Modificación de parámetros de suelo” Tabla de parámetros de suelo Suelo (Clasificación de suelo)
Suelo arcilloso Terraplén Limo arenoso
Unidad de peso
kN m 3 18,5 20,0 19,5
Peso Coeficiente Coef. de Módulo Coef. de unitario de Poisson fuerza edométrico permeabilidad de suelo estructural Eoed MPa k m day saturado m
19,00
0,35
20
0,30
20
0,30
1,0
0,1
30,0
0,3
30,0
0,3
1,0 10 5 1,000E-05
1,0 10 2 1,000E-02
1,0 10 2 1,000E-02
Luego asignamos los suelos al perfil. El cuadro sobrecarga en la primera etapa de construcción no se toma en consideración, ya que en este ejemplo será representado por el cuerpo terraplén real (en las etapas 2 a 5). En el siguiente paso, vamos a entrar en el nivel freático (en adelante el "NF") utilizando los puntos de interfaz, en nuestro caso al nivel del suelo.
Cuadro “Agua” En el cuadro "Configuración de etapa", sólo se puede modificar el diseño y el refinamiento de los agujeros, por lo que mantenga los ajustes estándar.
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La primera etapa de "Cálculo" representa la tensión geoestática inicial en el momento de la construcción inicial. Sin embargo, es preciso establecer las condiciones límites básicas para el cálculo de la consolidación en etapas posteriores. Se ingresa la interfaz de la parte superior y la parte inferior del suelo de consolidación, así como la dirección del flujo de agua de esta capa - es decir, la vía de drenaje.
“Análisis” – Etapa de construcción 1 Nota: Si se ingresa "subsuelo incompresible", deberá entonces considerar la dirección del flujo de agua desde el suelo consolidado solo hacia arriba. -5 Ahora vamos a pasar a la segunda etapa de construcción de barra de herramientas en la parte superior izquierda del escritorio.
Barra de herramienta „Etapa de construcción“ Se define el propio terraplén mediante la introducción de coordenadas. Un tipo de suelo específico se asigna al terraplén.
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“Etapa 2 – puntos de interfaz de terraplén”
“Etapa 2 –Terraplén + asignación” Nota: El terraplén actúa como una sobrecarga en la superficie del terreno original. Se supone que un terraplén bien ejecutado (óptimamente compactado) teóricamente no se asienta. En la práctica, se puede producir el asentamiento (pobres compactación, el efecto de la fluencia del suelo), pero el programa „Asientos” no abordar esta cuestión. En el cuadro "Análisis" ingresar el tiempo de duración de la segunda etapa correspondiente al tiempo actual de construcción de terraplenes. El cálculo del asentamiento no puede ser lleva a cabo porque, al determinar la consolidación, es primero necesario conocer toda la historia de la estructura de carga de movimiento de tierras, es decir, todas las etapas de construcción.
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Cuadro “Análisis – Etapa de construcción 2” Como el terraplén se construye poco a poco, estamos considerando el crecimiento de la carga lineal en la segunda etapa de la construcción. En etapas posteriores, se introduce la duración de la etapa (1 año es decir, 365 días - tercera etapa, 10 años es decir 3650 días - cuarta etapa y el asiento general - quinta etapa) y toda la carga se introduce en el inicio de la etapa. Los cálculos se realizan después de ingresar la última etapa de construcción, que se encuentra en el "asiento general", se activa (se puede comprobar en cualquier momento, aparte de la primera etapa).
Cuadro “Cálculo – Etapa de construcción 5” Resultados del análisis Tras el cálculo del asentamiento global, podemos observar los valores parciales de consolidación por debajo del centro del terraplén. Hemos obtenido los siguientes valores máximos de asentamiento en las etapas individuales de construcción: - asentamiento no calculado. → 29,2 mm → 113,7 mm → 311,7 mm eneral → 351,2 mm
101 Manual de Programas GEO5 para ingenieros
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“Análisis – etapa de construcción 5 (asiento global)” Como estamos interesados en el asentamiento del terraplén después de su construcción, vamos a cambiar a la vista de los resultados de la 3 ª y 4 ª etapa (el botón "Valores") a "Comparar con la etapa 2", que resta el valor del asentamiento respectivo.
102 Manual de Programas GEO5 para ingenieros
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“Análisis – Asiento (diferencias comparando con las etapas previas)”
Conclusión: El asentamiento del terraplén (bajo su centro) en el plazo de un año desde su construcción es 84,5 mm (= 113,7 a 29,2), y después de diez años 282,5 mm (= 311,7 a 29,2).
103 Manual de Programas GEO5 para ingenieros
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