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ESTABILIZACIÓN EN PLAXIS PARTE I Ronald José Pitalúa Castro Carolina Ríos Usma GEOTÉCNIA VIAL Frank Montoya Callejas IC MSc Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

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Moldeamiento de un talud en el software plaxis, descripción paso a paso del procedimiento

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Page 1: Estabilización en Plaxis Parte I

ESTABILIZACIÓN EN PLAXIS PARTE I

Ronald José Pitalúa CastroCarolina Ríos Usma

GEOTÉCNIA VIALFrank Montoya Callejas IC MSc

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

Page 2: Estabilización en Plaxis Parte I

OBJETIVO

Modelar un talud en el software plaxis para evaluar el mecanismo de falla del mismo, haciendo un análisis de los factores de equilibro (en función de la mayoría de factores que afectan la estabilidad) como paso previo al diseño de sistemas de prevención y estabilidad de taludes.

Page 3: Estabilización en Plaxis Parte I

Fundamentos del software Plaxis

Mediante el software Plaxis se define la estabilidad del talud en términos de un factor de seguridad. Plaxis emplea la teoría de los elementos finitos: Se discretiza la masa de suelo en unidades: elementos finitos. Los elementos se conectan en nodos y en bordes predefinidos. Los resultados obtenidos se presentan en forma de desplazamientos y esfuerzos en los puntos nodales constituyentes del talud. [1]

Page 4: Estabilización en Plaxis Parte I

Para iniciar Una vez instalado plaxis en su ordenador diríjase al menú Inicio y siga los siguientes pasos:Todos los programas - Plaxis - Plaxis Input.

En la ventana resultante seleccione la opción New Project. Clic en Ok.

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Page 5: Estabilización en Plaxis Parte I

En la pestaña Project se introducen los datos generales del proyecto:

Valores de Aa y Ad de Apéndice A-4 - Título A de la NSR – 10.

Title (Titulo)Model (plane strain)Elements (elementos)X - acceleration (aceleración de la gravedad en dirección x en el sitio del diseño)Y - acceleration (aceleración de la gravedad en dirección y en el sitio del diseño) Earth gravity (gravedad).

Page 6: Estabilización en Plaxis Parte I

Sobre la segunda pestaña Dimensions se definen las dimensiones del proyecto.

Units :

Length (unidades de longitud)Force (unidades de fuerza)Time (unidades de tiempo).

Dar clic en Ok.

Page 7: Estabilización en Plaxis Parte I

Se visualiza la zona de trabajo:

Page 8: Estabilización en Plaxis Parte I

Geometría del taludEl talud se delimitará con una poligonal.

S Seleccione el comando Geometry line que se encuentra en la esquina superior izquierda.

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Page 9: Estabilización en Plaxis Parte I

Los puntos constituyentes de la geometría del talud se presentan en la siguiente Tabla. Empiece a ingresar punto a punto con sus dos coordenadas (X y Y) en la parte del área de trabajo que se señala en la imagen. Al definir cada punto presione Enter.

Point X [m] Y [m]

0 -1,000 41,000

1 16,000 40,000

2 30,000 37,000

3 38,000 30,000

4 45,000 23,000

5 48,000 17,000

6 61,000 17,000

7 69,000 15,000

8 76,000 13,000

9 82,000 10,000

10 87,000 6,000

11 91,000 0,000

12 0,000 1,000

Page 10: Estabilización en Plaxis Parte I

Ingrese punto a punto como se ha indicado

Page 11: Estabilización en Plaxis Parte I

Se ortogonaliza el punto respecto al punto 12 dando clic en la flecha roja que se encuentra en la barra superior: Se arrastra el punto 12 hasta observar que las líneas que cierran el polígono están totalmente ortogonales entre sí. Para finalizar se da clic.

Page 12: Estabilización en Plaxis Parte I

Propiedades del suelo

Una vez generada la geometría del talud se procede a definir el material.

Seleccionar la opción Edit en la ventana.

1Se hace clic sobre la barra de herramientas en Materials sobre el icono soil & Interfaces.

Page 13: Estabilización en Plaxis Parte I

En la pestaña General del cuadro que aparece se ingresan las propiedades del suelo : el modelo de comportamiento, su estado (si es drenado o no), los pesos secos saturados y sin saturar y la permeabilidad, es decir las propiedades del suelo. En Identification se ingresa el nombre, en este caso Arena.

En la pestaña Parameters ingresamos el Modulo de Elasticidad, el Modulo de Poisson, la cohesión, el ángulo de fricción. Los demás valores los colocará el software por defecto.

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Page 14: Estabilización en Plaxis Parte I

Al hacer clic en Ok, aparece la opción Arena. El material se asigna arrastrando Arena con clic sostenido sobre el polígono anteriormente creado.4

Page 15: Estabilización en Plaxis Parte I

Para definir las condiciones de los apoyos se selecciona el icono Standard fixities

Condiciones de apoyo del talud

Page 16: Estabilización en Plaxis Parte I

Se debe iniciar discretizando el área en elementos finitos para estudiar el comportamiento y la interacción entre los nodos creados. Haga clic en el icono Generate

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Page 17: Estabilización en Plaxis Parte I

Aparecerá la siguiente interfaz:

Dar clic en actualizar

Page 18: Estabilización en Plaxis Parte I

2 Dar clic en initial conditions. En la Tabla que se abrirá se visualizará el valor del Peso específico del agua con que está configurado el software. Dar clic en Ok.

Page 19: Estabilización en Plaxis Parte I

El talud ha quedado cargado así:

Page 20: Estabilización en Plaxis Parte I

Para generar la presión de poros del talud se selecciona el icono Phreatic level y luego en la flecha verde Calculate. Así se definirá que las presiones de poros serán generadas por el nivel freático

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Page 21: Estabilización en Plaxis Parte I

Como resultado de los pasos ejecutados se visualiza:

Dar clic en actualizar

Page 22: Estabilización en Plaxis Parte I

PARA GENERAR LOS ESFUERZOS INICIALES:

Dar clic en el comando sobre el circulo derecho. Dar clic en el botón General Initial Stresses

Se abrirá la siguiente tabla:

Hacer clic en OK.

Page 23: Estabilización en Plaxis Parte I

El talud ha quedado cargado así:

Dar clic en actualizar

Page 24: Estabilización en Plaxis Parte I

Como ya se tienen las condiciones iníciales definidas, puede iniciarse el cálculo haciendo Clic en el botónEn el recuadro que aparece hacer clic en Yes .

En el cuadro resultante seleccione New Chart – Ok.

Seleccione el proyecto que ha guardado inicialmente. Clic en Abrir.

Page 25: Estabilización en Plaxis Parte I

Cálculo del factor de seguridad

Para calcular el factor de seguridad primero se corre una fase inicial. Fase 1: Calculo plástico donde se carga el terreno con el peso propioFase 2: Inicia después de la Fase 1 y consiste en ir reduciendo la capacidad portante del suelo hasta encontrar su falla. Esto se logra al ir disminuyendo el ángulo de fricción y la cohesión que inicialmente se asignó en el tipo de suelo. SIGA LOS SIGUIENTES PASOS:

Page 26: Estabilización en Plaxis Parte I

Sobre la pestaña General se selecciona el número de fases (ver Imagen). en Calculation Type se selecciona para la Fase 1 la opción Plastic. Para la fase 2 la opción Phi/c reduction.

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Page 27: Estabilización en Plaxis Parte I

Sobre la pestaña Parameters se puede escoger en cuantos pasos se carga el talud y en cuantos se van disminuyendo el ángulo de fricción y la cohesión, es decir se determina el número de iteraciones en las que se realizaran las fases, en este caso elegiremos 299 pasos.

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Page 28: Estabilización en Plaxis Parte I

Luego de los dos pasos anteriores es necesario seleccionar el punto donde se realizará el cálculo del factor de seguridad haciendo clic en el icono Para este caso se selecciona el punto A como se muestra.

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Dar clic en actualizar

Page 29: Estabilización en Plaxis Parte I

Antes de correr el programa se debe de revisar que las fases (Phases) estén activas con una flecha azul, de lo contrario dar clic sobre estas hasta activarlas.

Correr el programa con Clic en En la ventana que se visualiza a continuación se muestran los cálculos que se van generando en las fases:

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Page 30: Estabilización en Plaxis Parte I

Así se visualizará la interfaz cuando las fases hayan terminado de calcularse:

Page 31: Estabilización en Plaxis Parte I

Para conocer los resultados y observar el comportamiento del terreno, esto es, por donde fallaría, se procede a dar clic en Se visualizará la siguiente interfaz, donde se observa el perfil y sus deformaciones.

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Page 32: Estabilización en Plaxis Parte I

OBSERVACIÓNEn la barra de menú del programa en Deformations, se pueden obtener las diferentes deformaciones. Debe abrirse desde la ventana de plaxis Input, el plaxis Output (Ver Imagen).

Page 33: Estabilización en Plaxis Parte I

OBSERVACIÓNSe puede observar el desplazamiento total de varias formas, como: Arrows (flechas), Contour lines (líneas de contorno) y como shadings (sombras). Las 3 opciones se muestran a continuación.

Page 34: Estabilización en Plaxis Parte I

Para visualizar el factor de seguridad y la curva que muestra la evolución y comportamiento del terreno al aplicar las fases 1 y 2, se hace Clic en Curves. En la interfaz que se visualiza seleccione New Chart – Ok.

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Seleccione el archivo que ha sido guardado previamente:

Page 35: Estabilización en Plaxis Parte I

En la ventana que aparece se selecciona: en X - Axis Displacement y en Y-Axis Multiplier y en Type Sum-Msf, Clic OK

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Page 36: Estabilización en Plaxis Parte I

La curva resultante muestra el Factor de seguridad y el comportamiento del suelo (los desplazamientos) al estar sometido a un estado plástico inicialmente y luego a un reducción del ángulo de fricción y de la cohesión (Fases 1 y 2).

En la abscisa X: Los desplazamientosEn la abscisa Y: El factor de seguridad

Page 37: Estabilización en Plaxis Parte I

ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD

Se va a analizar el factor de seguridad en un punto del talud realizando cortes en este. Para hacer esto se usa el icono y se crean las líneas 1-5, 13-5, 2-5, y 3-5. Esto se puede hacer sobre una copia del archivo inicial.

Dar clic en actualizar

Page 38: Estabilización en Plaxis Parte I

Se selecciona la Fase 1 con Calculation Type: Plastic. se hace clic en Parameters

Page 39: Estabilización en Plaxis Parte I

Aparece la siguiente ventana y se hace clic en Define para definir cual es el talud que se analizará

Page 40: Estabilización en Plaxis Parte I

Se seleccionan los polígonos que se van a cortar para formar el talud dando clic en el interior de ellos, como se muestra en la Imagen. NOTA: No se va a analizar el talud formado por la línea 5-3 sino el formado por la línea 5-2 para reducir el numero de cálculos.

Page 41: Estabilización en Plaxis Parte I

Con la Fase 1 seleccionada, se hace clic en el icono para seleccionar el punto de análisis en el talud. En la ventana resultante seleccione el punto A.

Page 42: Estabilización en Plaxis Parte I

Para definir la Fase 2 (Calculation Type: Plastic) se selecciona la misma y se siguen los mismos pasos que para la Fase I, pero se eliminan los siguientes polígonos (Ver Imagen)

Page 43: Estabilización en Plaxis Parte I

Para poder efectuar el análisis de la Fase 2 por separado se debe seleccionar otro punto en el talud, en este caso el punto B.

Page 44: Estabilización en Plaxis Parte I

A continuación, para la Fase 3 y la fase 4, se debe seleccionar en Calculation Type: Phi/C Reduction. En Start From se asigna a la Fase 3 para que comience desde la 1, y a la fase 4 para que empiece con la 2.

Page 45: Estabilización en Plaxis Parte I

Para generar las curvas del Factor de Seguridad de ambos casos de análisis, se da clic en siguiendo los mismos pasos que para el primer Factor de Seguridad calculado. Para agregar la curva asociada al punto B, se da clic en Add curves y se genera la curva del punto B.

Los factores de seguridad obtenidos fueron 0,98 y 1,33 para A y B respectivamente

Page 46: Estabilización en Plaxis Parte I

Verificaremos si la construcción de estas disminuyen el corte de terreno, los resultados podrían interpretarse como reducciones de costos en la excavación. A partir del proyecto de los taludes cortados, puede guardarse otro con el nombre Terrazas, esto para conservar el perfil inicial que se tenia.

Page 47: Estabilización en Plaxis Parte I

Se empiezan a trazar las líneas. Para este ejercicio académico se generarán 2 terrazas las cuales se visualizarán así:

Para comenzar a trazar las líneas que representaran el corte en la ladera correspondiente a las terrazas activamos la herramienta Geometry Line

Page 48: Estabilización en Plaxis Parte I

TERRAZAS

Page 49: Estabilización en Plaxis Parte I

Se procede con el mismo método hasta llegar a los cálculos.Se resalta con azul la Fase 1 (Phase 1) y en la Pestaña Parameters se verifica que se encuentre seleccionado Staged construction, con el fin de seleccionar la parte de suelo que se elimina con el corte, se hace clic sobre manual settings y luego en la palabra Define

Page 50: Estabilización en Plaxis Parte I

Se hace clic sobre la zona que se desea quitar. Automáticamente desaparece la zona y quedan marcadas las terrazas.

Dar clic en actualizar

Page 51: Estabilización en Plaxis Parte I

El punto de análisis para el factor de seguridad será el punto A:

Page 52: Estabilización en Plaxis Parte I

Se procede a activar las fases y se corre el programa dando clic en

Page 53: Estabilización en Plaxis Parte I

Aparece la interfaz de realización de cálculos para la Fase 1:

Page 54: Estabilización en Plaxis Parte I

Al dar clic en Curves siguiendo los pasos como se ha hecho anteriormente se muestra la grafica con el factor de seguridad.

Visualice en la curva generada el valor del factor de seguridad igual a 1.22, el cual es mayor a 1.2 y muy cercano a este. Como la proximidad es admisible la terraza es adecuada.

Page 55: Estabilización en Plaxis Parte I

Bibliografía

[1] Saicedo Barrieto, Y., & Ramírez Contreras, G. (2006). Comparación de los métodos de esfuerzo - deformación y equilibrio límite en la modelación de estabilidad de taludes utilizando los softwares Plaxis y Slope/W.

[2] Osorio Vásquez, M., & Osorio Ríos, L. (s.f.). Geotécnia vial. Estabilización con Plaxis Parte 1.