estabilización en plaxis parte i
DESCRIPTION
Moldeamiento de un talud en el software plaxis, descripción paso a paso del procedimientoTRANSCRIPT
ESTABILIZACIÓN EN PLAXIS PARTE I
Ronald José Pitalúa CastroCarolina Ríos Usma
GEOTÉCNIA VIALFrank Montoya Callejas IC MSc
Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín
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.
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]
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.
1
2
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).
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.
Se visualiza la zona de trabajo:
Geometría del taludEl talud se delimitará con una poligonal.
S Seleccione el comando Geometry line que se encuentra en la esquina superior izquierda.
1
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
Ingrese punto a punto como se ha indicado
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.
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.
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.
2
3
Al hacer clic en Ok, aparece la opción Arena. El material se asigna arrastrando Arena con clic sostenido sobre el polígono anteriormente creado.4
Para definir las condiciones de los apoyos se selecciona el icono Standard fixities
Condiciones de apoyo del talud
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
1
Aparecerá la siguiente interfaz:
Dar clic en actualizar
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.
El talud ha quedado cargado así:
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
3
Como resultado de los pasos ejecutados se visualiza:
Dar clic en actualizar
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.
El talud ha quedado cargado así:
Dar clic en actualizar
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.
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:
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.
1
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.
2
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.
3
Dar clic en actualizar
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:
4
Así se visualizará la interfaz cuando las fases hayan terminado de calcularse:
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.
5
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).
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.
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.
5
Seleccione el archivo que ha sido guardado previamente:
En la ventana que aparece se selecciona: en X - Axis Displacement y en Y-Axis Multiplier y en Type Sum-Msf, Clic OK
6
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
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
Se selecciona la Fase 1 con Calculation Type: Plastic. se hace clic en Parameters
Aparece la siguiente ventana y se hace clic en Define para definir cual es el talud que se analizará
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.
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.
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)
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.
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.
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
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.
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
TERRAZAS
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
Se hace clic sobre la zona que se desea quitar. Automáticamente desaparece la zona y quedan marcadas las terrazas.
Dar clic en actualizar
El punto de análisis para el factor de seguridad será el punto A:
Se procede a activar las fases y se corre el programa dando clic en
Aparece la interfaz de realización de cálculos para la Fase 1:
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.
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.