Muro de Contension

EJERCICIO NRO. 15 – ANÁLISIS  ANÁLISIS Y   Y DISEÑO DISEÑO DE MURO DE CONTENCIÓN EN  VOLADIZO Diseñar el muro de contención de Hormigón Armado mostrado en la fi gura cuyo espesor es 20cm para la pantalla y 30cm para la zapata, las características del terreno son mostrados en la siguiente tabla:

Presión de agua: Peso específico = 1000 kgf/m3 Nivel freático: 1.50 m sobre la zapata Presión del suelo: Peso específico suelo= 1800 kgf/m3 Angulo de fricción interna = 30º Cohesión = 0 Coeficiente de balasto (K)= 3000 Tn/m3

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

Paso 1.

CREACIÓN DE NUEVO MODELO , importando las propiedades del modelo anterior (el

modelo inicial se encuentra definido en el Ejercicio Nro. 1), para ello vamos a presionar el menú File/New Model .

Paso 2.

   S

SELECCIÓN DE LA PLANTILLA 

   I    I

Luego en la pantalla New Model  seleccionamos la opción Initialize Model From an Existing File y presionamos el botón Blank para crear un nuevo modelo en blanco.

   I

   S    I    S    I    S    I

1

En la pantalla Open Model File  seleccionamos el archivo generado en el anterior ejercicio y por ultimo presionamos el botón  Abrir . Luego guardamos el archivo, porque contiene varios datos creados en los anteriores ejercicios, como ser: Patrones de carga, Casos de carga, Secciones, Materiales, etc.

Paso 3. EDICIÓN DE LA GRILLA 

   c  .    s    s    r    r

Haciendo clic derecho en la pantalla seleccionamos la opción Edit Grid Data, para editar la grilla. Luego presionamos el botón Modify/Show System…

 .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

Paso 4.

INSERTANDO LA GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA     S

   I    I

   I

   S    I

Insertamos los datos de la geometría del muro, luego presionamos OK  hasta  hasta llegar al modelo.

   S    I    S    I

2

Paso 5.

DEFINIENDO EL MATERIAL , debido a que importamos un modelo anterior los

materiales ya se encuentran definidos, hormigón (H-21). Paso 6. DEFINIENDO LA SECCIÓN , definiremos la sección para la losa de 20cm como elemento SHELL presionando el menú: Define/Section properties/Area Sections…

En la lista desplazable seleccionamos el tipo de sección SHELL después presionamos Add New Section…para crear la nueva sección.

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .

En la pantalla Shell Section Data, insertamos los siguientes datos para la zapata: Section Name: L30 Type: Plate Thick (Esfuerzos perpendiculares al plano y Cascara gruesa) Material : H-21 Thickness: 0.30 en ambos casos.

Después de haber insertado los datos correspondientes al muro; presionamos el botón OK.

  :    S     Í    S    I

   S

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

3

En la pantalla Shell Section Data, insertamos los siguientes datos para la zapata: Section Name: M20 Type: Plate Thick (Esfuerzos perpendiculares al plano y Cascara gruesa) Material : H-21 Thickness: 0.20 en ambos casos.

Después de haber insertado los datos correspondientes al muro; presionamos el botón OK  hasta  hasta llegar al modelo.

Paso 7.

DEFINIENDO LOS PATRONES DE NUDO, debido a que importamos un modelo anterior

los patrones de carga ya se encuentran definido

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S

Patrones de nudo para la presión de suelo:     Í    S    I

   S

Patrones de nudo para la presión de agua:

   I    I

   I

Paso 8.

DEFINIENDO LOS PATRONES DE CARGA , debido a que importamos un modelo

anterior los patrones de carga ya se encuentran definidos; asimismo, creamos los patrones de carga de Presión del terreno y Presión de Agua.

   S    I    S    I    S    I

4

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .

Paso 9.

DEFINIENDO LOS CASOS DE CARGA , debido a que importamos un modelo anterior

  :    S

los casos de carga ya se encuentran definidos.

Paso 10. DEFINIENDO LAS COMBINACIONES DE CARGA , debido a que importamos un modelo anterior las combinaciones de carga ya se encuentran defi nidas. Paso 11. DIBUJANDO LA ESTRUCTURA EN EL MODELO , presionamos la herramienta rápida  y dibujamos la zapata de apoyo luego Quick Draw Area Element , escogemos la sección L30  y escogemos la sección M20   para dibujar el muro, quedando la estructura de la siguiente manera:

    Í    S    I

   S

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

5

Paso 12. DIBUJANDO LA MALLA DE ELEMENTOS FINITOS , seleccionamos cada panel de losa luego presionamos el menu: Edit/Edit Areas/Divide Areas…, luego dividimos según se crea conveniente, en este caso dividiremos cada 50cm; es decir:

1. Zapatas (L30 = 50cm) 

En el eje “X” (de 1 a 2) que la longitud es de 50cm la di vidimos en 2 partes.



En el eje “Y” (de 1 a 3) que la longitud es de 100cm la dividimos en 4 partes.

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

2. Zapatas (L30 = 80cm)  

En el eje “X” (de 1 a 2) que la longitud es de 80cm la divi dimos en 4 partes. En el eje “Y” (de 1 a 3) que la longitud es de 100cm la dividimos en 4 partes.

   S

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

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3. Muro (Volado)  

En el eje “Y” (de 1 a 2) que la longitud es de 100cm la dividimos en 4 partes. En el eje “Z” (de 1 a 3) que la longitud es de 220cm la dividimos en 9 partes.

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S

Quedando la estructura de la siguiente manera:

    Í    S    I

   S

   I    I

   I

Paso 13. DIBUJANDO LOS APOYOS,

seleccionamos todas las esquinas de los elementos y presionamos el menú: Assign/Area/Area Springs Springs… …, tal como se muestra en la figura:    S    I    S    I    S    I

7

   c  .    s    s    r    r

Para evitar un error de inestabilidad estructural en el programa, insertamos en las esquinas de la zapata resortes que realicen la restricción en los ejes horizontales y estabilizar la estructura en el modelo; seleccionamos las 4 esquinas de la losa zapata, luego presionamos el menú  Assign/Joint/Springs  Assign/Joint/Springs…, tal como se muestra en la figura:

 .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

   S

   I    I

   I

Quedando la estructura de la siguiente manera:    S    I    S    I    S    I

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   c  .    s    s    r    r

Paso 14. INSERTANDO LAS CARGAS PRESIÓN DE AGUA : Seleccionamos los paneles y nudos del muro luego presionamos el menú:  Assign/   Joint Patterns…, luego aplicamos la variación de la presión del agua a lo largo del eje Z, de la siguiente manera: Como la variación de la carga es en el eje Z hacia abajo, la formula se reduce a: A=0 B=0 C=-PEagua D=PEagua x Altura

 .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

   S

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

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Como la variación de la carga es en el eje Z hacia abajo, la formula se reduce a: A=0 B=0 C=-PEsuelo D=PEsuelo x Altura

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S

Quedando la estructura de la siguiente manera (haciendo clic derecho en el nudo inferior del muro):

    Í    S    I

   S

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

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Seleccionando los paneles de losa y presionamos el menú: Assign/Area Loads/Surface Loads/Surface Pressure Pressure (All)…

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s

Asignamos la carga de suelo y carga de agua.

   t  .   :    S     Í    S    I

   S

Presion de suelo    I    I

   I

Presion de agua    S    I

Seleccionando los paneles de la zapata entre los ejes B-C y aplicando las cargas de presión de suelo y presión de agua. Presionando el menu: Assign/Area Loads/Uniform Loads/Uniform (Shell)… (Shell)…

   S    I    S    I

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   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S

Paso 15.  ANÁLISIS ESTRUCTURAL  ESTRUCTURAL 

    Í    S    I

Analizamos la estructura:

   S

   I    I

Presionamos el botón de acceso rápido Run, luego en la pantalla Set Load Cases Run seleccionamos el caso CM, CV1 y CV2, presionamos el botón Run/Do Not Run Case  para deshabilitar el análisis del caso seleccionado (así como se muestra en la figura) y por ultimo ejecutamos presionando el botón Run Now .

   I

   S    I    S    I    S    I

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Paso 16. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA , para verificar el área de acero necesaria en elementos tipo SHELL, se debe presionar el menú: Display/Show Forces/Stresses/Shells… Forces/Stresses/Shells… y seleccionamos las opciones siguientes: Output Type = Bottom Face y ASt1 (es decir e l área de acero en el eje 1) o eje X de la losa; asimismo, verificamos los aceros en las vigas presionando el menú: Design/Concrete Frame Design/Start Design/Check of Structure

   c  .    s    s    r    r  .    i    c    i    s    t  .   :    S     Í    S    I

   S

Cambiamos las unidades a kgf, cm, C  y  y obtenemos las áreas de acero en cm2/cm. Quedando la estructura de la siguiente manera:

   I    I

   I

   S    I    S    I    S    I

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