GeoWalls 2.0
Ultima actualización 23 Julio 2014
Manual Geowalls 2.0
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Indice
Indice ........................................................................................................................... 3 Descripción del programa............................................................................................ 4 Instalación e inicio del programa ................................................................................ 4 3.1 Requisitos del sistema .......................................................................................... 4 3.2 Instalación ............................................................................................................. 4 3.3 Inicio del programa............................................................................................... 5 3.4 Desinstalación....................................................................................................... 5 Convenciones............................................................................................................... 5 Gestión de archivos - El Menú File............................................................................. 6 La ayuda en línea - El Menú Instrumentos.................................................................. 7 Los resultados - El Menú Calculos.............................................................................. 8 7.1 Datos ..................................................................................................................... 8 7.2 Resultados estáticos ............................................................................................ 16 7.3 Resultados sísmicos ............................................................................................ 18 7.4 Diagramas paramento ......................................................................................... 21 Calculo de los refuerzos - El Menú Proyecto ........................................................... 22 8.1 Proyectar armaduras ........................................................................................... 22 8.2 Memoria de cálculo ............................................................................................ 24
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2 Descripción del programa El programa realiza las verificaciones de equilibrio de un muro de contenimiento de terreno de hormigón armado y el cálculo de los refuerzos necesarios en el paramento y en la fundación con la normativa ACI 318 -08. La resolución del proyecto permite exportar la memoria de cálculo con las verificaciones de equilibrio y resistencia, y las tablas de cálculo de todas las acciones en la cuña de empuje.
En particular el programa permite:
Definir una geometría del muro completamente personalizable.
Realizar el cálculo del empuje estático con el método de Coulomb.
Definir parámetros geotécnicos personalizables para cada estrato de terreno.
Establecer la pendiente del terreno a monte del muro.
Ingresar sobrecargas en el terreno de posición y magnitud variable.
Definir la posición del nivel freático y el nivel de terreno saturado.
Realizar el análisis sísmico mediante el método de Mononbe-Okabe.
Obtener la representación gráfica de los esfuerzos normales, diagrama de corte y momentos flexores en el paramento. Exportar en file Excel los valores de presión en la cuña de empuje detallados por su origen (terreno, sobrecarga, falda) y los valores intermedios de cálculo (coeficientes de empuje, peso del terreno considerado) para las distintas profundidades.
Realizar la verificación de equilibrio (volcamiento/deslizamiento).
Realizar la verificación de presión máxima en el terreno.
Dimensionar las armaduras del paramento y de la base con la norma ACI 318 -08.
Generar en automático la memoria de cálculo.
Posibilidad de exportar la memoria de cálculo en formato rtf (Microsoft Word).
3 Instalación e inicio del programa 3.1 Requisitos del sistema El programa necesita al menos 4 MB de espacio en el disco rígido para los files del sistema y una memoria RAM de al menos 8 MB. El sistema operativo puede ser uno de los siguientes: Winodws Vista, Windows 7, Windows 8. La resolución del video puede ser 600x480, 800x600, 1024x768, o superior.
3.2 Instalación Una vez descargado el file Setup.exe desde el sitio http://www.sigma-ingenieria.com, hágase doble click sobre el mismo 4
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para iniciar la instalación. Para instalar la versión sin limitaciones del programa deben seguirse las siguientes instrucciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Desinstalar la versión demo de GeoWalls 2.0 del ordenador. Reiniciar el ordenador. Instalar la versión completa de GeoWalls 2.0 haciendo click en el file Setup.exe. Terminada la instalación, ejecutar el programa. En el menú Instrumentos - Ingresar código de activación - anotar el número de serie del programa. Enviar el numero de serie a la dirección de correo electrónico
[email protected], para recibir el código de activación. 7. Una vez recibido el código de activación: 1 2 3 4
Abrir el programa Ingresar el código de activación Salir del programa Entrar nuevamente al programa
3.3 Inicio del programa Para iniciar el programa, hacer doble click sobre el ícono Geowalls 2.0 del desktop, o bien desde el menú principal seleccionar: Start>Programas>Geowalls>Geowalls.exe
NOTA IMPORTANTE: Es necesario que el separador decimal del sistema Windows en uso sea la coma “,”. Para Windows Vista y Windows 7 ir a Panel de control y seleccionar Opciones internacionales. Elegir Separador d ecimal coma “,”.
3.4 Desinstalación Desde el menú principal: Start>Configuración>Panel de control, hacer doble click sobre Instalación de aplicaciones, en la tabla Instalar/Desinstalar elegir Geowalls 2.0, seleccionar Agregar/Quitar y luego OK. Para mayor seguridad no serán eliminados los files creados luego de la instalación (con datos, resultados, etc.). Estos deberán ser eliminados manualmente.
4 Convenciones Por cada trabajo salvado viene creado el file NombreTrabajo.wall en el directorio preseleccionado que contiene los trabajos, donde NombreTrabajo es el nombre del muro. Cuando se crea un nuevo trabajo, este viene llamado “Archivo Nuevo”. Por “Trabajo actual” debe entenderse aquel que es visualizado en la barra del título.
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5 Gestión de archivos - El Menú File Para la gestión de archivos (archivos en el disco rígido de la computadora), es necesario utilizar los comandos del File.
Menú
Los comandos son los siguientes (entre paréntesis los botones para el acceso rápido):
Nuevo (Ctrl+N) – Inicia un nuevo trabajo. Si el trabajo actual no ha sido todavía salvado, aparecerá una ventana de advertencia. Luego del inicio del comando será visualizada una sección con los datos predefinidos. Abrir (Ctrl+A) – Abre un trabajo existente salvado en el disco rígido. Si el trabajo actual no ha sido todavía salvado, aparecerá una ventana de advertencia. Luego será visualizada una ventana con la cual se podrán seleccionar los trabajos existentes. Los files que contienen los trabajos poseen extensión *.wall (p.ej. trabajo1.wall). Grabar (Ctrl+G) – Utilizar este comando para salvar los datos del trabajo actual. Si al trabajo actual todavía no se las ha asignado un nombre, aparecerá una ventana con la cual éste podrá ser asignado. Juntamente con el nombre del file, (el cual tendrá extensión *.wall), será también creado un directorio de nombre nombretrabajo.lav, destinada a contener todos los datos y los resultados relativos al trabajo. Salir (Ctrl+Q) - Utilizar este comando para terminar el programa. Si el trabajo actual no ha sido todavía salvado, aparecerá una ventana de advertencia.
Todos los comandos del menú podrán iniciarse presionando el botón Alt junto al carácter subrayado.
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6 La ayuda en línea - El Menú Instrumentos Es posible obtener ayuda en línea en el Menú Instrumentos. Los comandos son los siguientes (entre paréntesis los botones para el acceso rápido):
Ayuda…(F1) – Abre la guía
mostrando los argumentos.
Sigma Ingenierìa On-line – Es visualizado un menú secundario para intercambiar información via Internet.
- Página principal del sitio – Abre el navegador de Internet predefinido para conectarse a la página principal del sitio http://www.sigma-ingenieria.com/.
Comprar el programa – Abre la ventana para ordenar la versión ilimitada del programa.
A cerca de Geowalls - Abre una ventana con el nombre del programa, versión, copyright y dirección del sitio Web.
Ingresar código de activación – Ingresa los códigos para utilizar el programa sin limitaciones.
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7 Los resultados - El Menú Calculos 7.1 Datos La pantalla de Datos presenta el siguiente aspecto:
Altura paramento: Es la distancia desde la parte superior de la fundación al extremo superior del muro.
Ancho del muro: Es el espesor del muro en su extremidad superior.
Pie interno: Es la distancia horizontal desde el borde interno del muro en su parte superior hasta el borde interno del muro en su parte inferior. Con esta distancia se determina la inclinación del lado interno del paramento.
Pie externo: Es la distancia horizontal desde el borde externo del muro en su parte superior hasta el borde externo del muro en su parte inferior. Con esta distancia se determina la inclinación del lado externo del paramento. 8
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Ménsula interna: Es la longitud del voladizo interno de la fundación.
Ménsula externa: Es la longitud del voladizo externo de la fundación.
Altura base interna: Es la altura de la fundación en su parte interna.
Atura base externa: Es la altura de la fundación en su parte externa.
Peso específico del hormigón: Peso específico del material del muro.
Ángulo de inclinación del terreno: Ángulo que forma la superficie del terreno interno respecto a la horizontal.
Presión admisible del terreno: Valor de la presión admisible del terreno.
Ka estrato n° 1: Coeficiente de empuje activo del estrato de terreno 1. 9
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Ka estrato n° 2: Coeficiente de empuje activo del estrato de terreno 2.
Ka estrato n° 3: Coeficiente de empuje activo del estrato de terreno 3.
Coeficiente de seguridad Volcamiento: Cociente entre el momento volcador y momento estabilizador.
Coeficiente de seguridad Deslizamiento: Cociente entre la fuerza de deslizamiento y la fuerza de fricción.
Presión máxima en el terreno: Es la presión máxima actuante en la fundación del muro.
Factor de mayoración de las acciones sísmicas: Factor que tiene en cuenta la importancia del proyecto.
Factor de reducción de las acciones para terrenos permeables no-saturados: Es el coeficiente de reducción para terrenos muy permeables y no-saturados.
Aceleración sísmica a nivel del suelo: Es la aceleración horizontal máxima en función de la zona sísmica.
Factor de amplificación debida a la conformación topográfica del terreno: Es el factor que tiene en cuenta la pendiente del terreno en el cual se encuentra el muro . Para muros situados en terrenos planos este coeficiente es igual a 1.
Establezer brazo sísmico manualmente: Esta opción permite determinar el punto de aplicación de las acciones manualmente para la verificación a volcamiento del muro. Si esta opción no se encuentra seleccionada, el programa utiliza el punto de aplicación que resulta del cálculo automático.
Tipo de análisis Sólo análisis estático Realiza los cálculos del muro teniendo en cuenta solamente las accio nes estáticas sobre el mismo. Análisis estático y sísmico Realiza, además de los cálculos estáticos , los cálculos teniendo en cuenta las acciones sísmicas sobre el mismo mediante el método di Mononobe-Okabe.
Factores para las acciones: Permite acceder a la pantalla para ingresar los factores de seguridad.
Altura del punto de aplicación del empuje sísmico del terreno: Permite de establecer la altura de la resultante del empuje total (estático + sísmico) en forma manual para realizar la verificación al volcamiento en condiciones sísmicas. 10
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Datos del terreno:
Para cada estrato de terreno es posible asignar los parámetros geotécnicos del mismo. Es posible seleccionar un tipo de terreno del Database de terrenos del programa seleccionando el botón Database de terrenos y luego presionando el botón Asignar .
Espesor del estrato Es el espesor total del estrato considerado.
Peso específico del terreno Peso seco por unidad de volumen del terreno al lado interno del paramento.
Peso específico del terreno saturado Peso saturado por unidad de volumen del terreno al lado interno del paramento.
Ángulo de fricción interno Ángulo de fricción interno del terreno. 11
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Ángulo de fricción terreno-muro Ángulo de fricción entre el terreno y la parte interna del paramento del muro.
Datos de la falda:
Profundidad del nivel de saturación Es la profundidad del terreno saturado desde el nivel superior del terreno. Profundidad del nivel freático Es la profundidad del nivel freático desde el nivel superior del terreno. Lógicamente el terreno por debajo del nivel freático se encuentra saturado.
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Datos de la sobrecarga:
El programa permite modelar cargas distribuidas en franjas utilizando la teoria de Buossinesq de las presiones horizontales actuantes en la cuña de empuje causadas por una carga vertical sobre el terreno.
Sobrecarga accidental en x inicial Valor característico incial de la carga accidental distribuida sobre el terreno.
Sobrecarga accidental en x final Valor característico final de la carga accidental distribuida sobre el terreno.
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X inicial Es la distancia horizontal desde el borde interno del paramento hasta el punto inicial de la carga.
X final Es la distancia horizontal desde el borde interno del paramento hasta el punto final de la carga.
Importante: El programa considera solamente las cargas actuantes a partir de la línea de empuje (a la derecha en nuestro dibujo del muro). Por ejemplo si el muro tiene una mensula interna de longitud 1,50 metros, la carga actuante a una distancia menor de 1,50 metros desde el paramento no será considerada en el cálculo.
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Factores para las acciones:
Verificación al volcamineto: Factor para acciones estabilizadoras: Factor multiplicador de las acciones estabilizadoras características para la verificación al volcamiento. Factor para acciones desestabilizadoras: Factor multiplicador de las acciones desestabilizadoras características para la verificación al volcamiento.
Verificación al deslizamiento: Factor para acciones estabilizadoras: Factor multiplicador de las acciones estabilizadoras características para la verificación al deslizamiento. Factor para acciones desestabilizadoras: Factor multiplicador de las acciones desestabilizadoras características para la verificación al deslizamiento.
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7.2 Resultados estáticos La pantalla de Resultados estáticos presenta el siguiente aspecto:
Esta opción de menú se habilita una vez realizados los cálculo estáticos. El cálculo estático se realiza considerado el estado de equilibrio activo mediante la utilización de la formula de Coulomb, es decir: La fuerza actuante en la cuña de empuje puede considerarse función de la presión geostática y por lo tanto función de la profundidad y del peso específico de todos los estratos de suelo situados sobre el punto considerado. Las presiones en la cuña de empuje pueden determinarse mediante la siguiente formula. sh (x) = ka . Pv (x) . cos (alfa) sv (x) = sh (x) / cos (alfa) . sen (alfa) donde sh (x) y sv (x) son las presiones horizontal y vertical en la cuña de empuje. Pv (x) es la presión geostática a una profundidad x. Alfa es el ángulo de fricción terreno-muro. El valor del coeficiente de empuje activo “ka” puede determinarse mediante la expresión siguiente:
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Mediante integración de las presiones, se realiza el cálculo de las acciones resultantes en la cuña de empuje.
Altura de la cuña de empuje: Se calcula en manera convencional como altura del muro más el promedio de las alturas de la base. Fuerza horizontal debida al terreno: Es la componente horizontal producida por el empuje del terreno. Fuerza horizontal debida a la sobrecarga: Es la componente horizontal producida por el empuje de la sobrecarga. Fuerza vertical debida al terreno: Es la componente vertical producida por el empuje del terreno. Fuerza vertical debida a la sobrecarga: Es la componente vertical producida por el empuje de la sobrecarga. Fuerza horizontal total: Es la fuerza horizontal total sobra la cuña de empuje. Fuerza vertical total: Es la fuerza vertical total sobra la cuña de empuje. Angulo inclinación de la fuerza total de empuje: Es el ángulo respecto a la horizontal de la fuerza total de empuje. Profundidad punto de aplicación de la fuerza total de empuje: Es la profundidad desde el nivel del terreno a monte del muro de la fuerza total de empuje. A partir de estas acciones y considerando las fuerzas equilibrantes del peso propio del muro y del terreno interno, se calculan los coeficientes de seguridad al volcamiento y al deslizamiento.
Peso total del muro: Es el peso total de una sección de un metro de longitud de muro. Peso total del terreno sobre la ménsula interna: Es el peso total del terreno situado sobre la ménsula interna. Verificación volcamiento: Momento volcador total: Es la resultante de los momentos volcadores actuantes. Momento estabilizador total: Es la resultante de los momentos estabilizadores actuantes. Coeficiente de seguridad: Es el cociente entre momento estabilizador total y momento volcador total. Verificación deslizamiento: Angulo inclinación fundación: Se determina en función de las alturas de las mensulas de fundación. Fuerza de deslizamiento total: Es la resultante de las fuerzas de deslizamiento actuantes. 17
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Fuerza de fricción total: Es la resultante de las fuerzas de fricción resistentes. Coeficiente de seguridad: Es el cociente entre fuerza de deslizamiento total y fuerza de fricción total.
7.3 Resultados sísmicos La pantalla de Resultados sísmicos presenta el siguiente aspecto:
Esta opcion de menú se habilita una vez realizados los cálculos sísmicos. Para elementos de contención de tierras, tales como los muros de gravedad o en voladizo, que pueden desplazarse lateralmente durante un sismo el método pseudo-estático de Mononobe-Okabe es usado ampliamente para calcular los empujes de tierra inducidos por los sismos. El análisis constituye una extención del método de Coulomb tomando en cuenta las fuerzas de inercia horizontal y vertical en el suelo. Se consideran las siguientes hipótesis: 1) La estructura se desplaza lo suficiente para que se pueda desarrollar el estado activo en el terreno. 18
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2) El relleno es granular con anguolo de fricción F. 3) El relleno es no-saturado. La acción sismica se calcula mediante la expresión: Ea = 0,5 . g . g . h 2 . K AE . (1-Kv) . 10 -3 El coeficiente K AE se calcula mediante:
Los coeficientes kh y kv están relacionados mediante la expresión: kv= 0,50 . kh. El cálculo de kh se realiza mediante la expresión: kh = ag . S . / r donde: ag: es la aceleración horizontal máxima en función de la zona sísmica S: es el coeficiente de amplificación topográfica r: es el coeficiente de reducción para terrenos muy permeables y no saturados. Considerada la inclinación del paramento interno, se realiza el cálculo de las acciones resultantes horizontales y verticales en el mismo
Peso total del muro: Es el peso total de una sección de un metro de longitud de muro. Peso total del terreno sobre la ménsula interna: Es el peso total del terreno situado sobre la ménsula interna. Parámetros sísmicos (Método de Mononobe-Okabe): Kh: Coeficiente sísmico horizontal Kv: Coeficiente sísmico vertical Angulo ϴ : Se determina a partir de Kh y Kv con la fórmula expuesta precedentemente. Altura de la cuña de empuje: Se calcula en manera convencional como altura del muro. 19
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Fuerza sísmica horizontal debida al terreno: Es la componente horizontal sísmica producida por el empuje del terreno. Fuerza sísmica horizontal debida a la sobrecarga: Es la componente horizontal sísmica producida por el empuje de la sobrecarga. Fuerza sísmica vertical debida al terreno: Es la componente vertical sísmica producida por el empuje del terreno. Fuerza sísmica vertical debida a la sobrecarga: Es la componente vertical sísmica producida por el empuje de la sobrecarga. Fuerza sísmica horizontal total: Es la fuerza horizontal sísmica total sobra la cuña de empuje. Fuerza sísmica vertical total: Es la fuerza vertical sísmica total sobra la cuña de empuje. Angulo inclinación de la fuerza total de empuje: Es el ángulo respecto a la horizontal de la fuerza sísmica total de empuje. Profundidad punto de aplicación de la fuerza total de empuje: Es la profundidad desde el nivel del terreno a monte del muro de la fuerza sísmica total de empuje. A partir de estas acciones y considerando las fuerzas equilibrantes del peso propio del muro y del terreno interno, se calculan los coeficientes de seguridad al volcamiento y al deslizamiento.
Verificación volcamiento: Momento volcador total: Es la resultante de los momentos volcadores actuantes. Momento estabilizador total: Es la resultante de los momentos estabilizadores actuantes. Coeficiente de seguridad: Es el cociente entre momento estabilizador total y momento volcador total. Verificación deslizamiento: Angulo inclinación fundación: Se determina en función de las alturas de las mensulas de fundación. Fuerza de deslizamiento total: Es la resultante de las fuerzas de deslizamiento actuantes. Fuerza de fricción total: Es la resultante de las fuerzas de fricción resistentes. Coeficiente de seguridad: Es el cociente entre fuerza de deslizamiento total y fuerza de fricción total.
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7.4 Diagramas paramento La pantalla de Diagramas en el paramento presenta el siguiente aspecto:
La opción Diagramas paramento se habilita una vez que hayan sido realizados los cálculos. El programa realiza automáticamente los diagramas de esfuerzo normal, esfuerzos de corte y momento flexor en el paramento, considerando los cambios de densidad y nivel freático.
Esfuerzo normal: Es el esfuerzo normal en el paramento considerando el peso proprio del muro y las acciones verticales en la cuña de empuje.
Esfuerzo de corte: Es la integral de las presiones para cada seccíon considerada.
Momento flexor: Es el momento flexor para cada sección considerada. En la página Proyecto de armaduras pueden afectarse estos valores de los coeficientes de mayoración para el cálculo de las armaduras.
Diagramas sísmicos: Los mismos se encuentran afectados por el factor de Mayoración de acciones sísmicas del formulario de Datos. Para el posterior proyecto de las armaduras, estos valores pueden ser afectados del coeficiente de combinación de la página Proyecto de armaduras. Los diagramas pueden ser impresos mediante la opción Imprimir . 21
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8 Calculo de los refuerzos - El Menú Proyecto 8.1 Proyectar armaduras La pantalla Proyectar armaduras presenta el siguiente aspecto:
Esta opción se habilita una vez efectuados los cálculos (estáticos o sísmicos). 22
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Hormigón (f’c) :
Es la resistencia especificada a la compresión del hormigón, en Mpa.
Acero (fy): Es la tensión de fluencia especificada del acero del refuerzo, en Mpa. Recubrimiento: Es la distancia en centímetros desde el borde externo del refuerzo hasta el borde externo del hormigón. Factor de combinación de cargas para empuje del terreno y sobrecarga: Factor de mayoración de las acciones del terreno y de la sobrecarga. Factor de combinación de cargas para empuje sísmico: Factor de mayoración de las acciones sísmicas. El reglamento ACI 318 indica que para determinar la resitencia requerida U de una sección de hormigón armado, es necesario considerar los efectos de las cargas mayoradas dadas de las combinaciones (9-1) a (9-7) Utilizando los coeficientes de combinación de cargas del formulario puede satisfacerse este requisito. Para efectuar el cálculo de las armaduras necesarias, el programa calcula previamente: El ancho del muro en el pie (para determinar la armadura necesaria en ese punto) La altura de la fundación del lado interno (para determinar la armadura necesaria en la ménsula interna) La altura de la fundación del lado externo (para determinar la armadura necesaria en la ménsula externa) El programa calcula automáticamente los refuerzos necesarios por el cálculo. En el caso que las armaduras calculadas anteriormente resulten inferiores a las mínimas indicadas en la normativa utilizada (ACI 318), se procederá a disponer estas últimas.
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8.2 Memoria de cálculo La pantalla Memoria de cálculo presenta el siguiente aspecto:
La opción Memoria de cálculo se habilita una vez que hayan sido realizados los cálculos y el proyecto de las armaduras. El programa realiza automáticamente la memoria del cálculo con los pasos intermedios del mismo. La misma puede ser editada y modificada directamente dentro de la ventana, impresa en papel (botón Imprimir ) o bien exportada en formato RTF para su edición con el procesador de textos (botón Exportar ).
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