Manejo del Programa Plaxis 3D Túnel.pdf

GEOTECNIA ESCUELA:

INGENIERÍA CIVIL

NOMBRE:

Ing. Carmen Esparza Villalba

FECHA:

ABRIL – AGOSTO 2009

MANEJO DEL PROGRAMA PLAXIS CLASE: Nro 13 1

Contenido 1. Introducción 2. Aspectos generales 3. Introducción de datos • Configuración general • Geometría • Propiedades de los materiales • Generación de mallas • Vista en 3D.

Introducción • Plaxis es un programa de elementos finitos bidimensionales diseñado específicamente la realización de análisis de deformación y estabilidad de problemas geotécnicos. • El programa utiliza una interfaz gráfica que permite que los usuarios generar rápidamente un modelo geométrico y una malla de elementos finitos basada en una sección transversal vertical representativa del problema que se trate.

Introducción • La interfaz del usuario esta compuesta por cuatro subprogramas: • Imput. • Calculations. • Output. • Curves.

Aspectos generales •

Al iniciar Plaxis 3D Tunnel aparece la ventana Create/Open project. Aquí podemos elegir si crear un nuevo proyecto o abrir uno ya existente.

Aspectos generales • Si se elige crear un nuevo proyecto aparece la ventana General settings, en la cual podemos asignar un nombre al nuevo proyecto y elegir las unidades en las que se desea trabajar

Aspectos generales • Después de asignar un nombre al proyecto el siguiente paso a realizar es establecer un sistema de unidades coherente; tomando en cuenta las unidades básicas a utlizarce que son: longitud, fuerza y tiempo. • Las unidades que aparecen por defecto son: metros, kilonewtons y días.

Aspectos generales

Convención de signos

Aun cuando PLAXIS es un programa en 2D, las tensiones están basadas en el sistema cartesiano en 3D:

Donde: X – Coordenada Radial Y – Coordenada Axial Z – Dirección tangencial sxx – Tension radial syy – Tensión circunferencial

NOTA: Se considera cualquier esfuerzo de compresión como negativo mientras que los esfuerzos a tracción se consideran positivos.

Aspectos generales Tratamiento de ficheros Los proyectos realizados se guardan con la extensión .PLX Para abrir los ficheros hacemos click en el menú file/open y aparece la siguiente venta:

En esta ventana, se puede buscar los archivos creados en PLAXIS, para encontrarlos fácilmente en la parte derecha de la ventana aparece el contenido del archivo.

Aspectos generales • Para activar la ayuda de PLAXIS, se presiona la tecla F1, con lo que aparece la siguiente ventana, en la cual podemos encontrar la información requerida acerca de cualquier función o elemento del programa.

Ingreso de datos • Para la introducción de datos se utiliza el subprograma Input. Menú

Toolbar (general)

Toolbar (geométrica)

Área de dibujo

Regla Origen

Ingreso manual

Posición del cursor

Regla

Ingreso de datos • La ventana principal del subprograma input contiene lo siguiente: • Menú de introducción de datos.- contiene todos los elementos de introducción y dispositivos para las operaciones en Input. • Barra de herramientas.- Contiene botones para acciones generales (guardar, imprimir, zoom) • Barra de herramientas (geométrica).- contiene iconos relacionados con la creación de un modelo geométrico. • Reglas.- Indican las coordenadas físicas x y y del modelo geométrico. • Zona de dibujo.- Es la zona donde se crea y modela el modelo geométrico.

Ingreso de datos • Ejes.- Muestran la orientación de las coordenadas en x y y, se representa el origen de coordenadas con un pequeño círculo. • Introducción manual de datos.- Se puede introducir manualmente los valores correspondientes a las coordenadas; ambas coordenadas deberán ir separadas por un espacio (valor de xvalor de y). Si no se desea escribir coordenadas absolutas, sino referenciadas al punto anterior, vasta con introducir un carácter más a la nomenclatura anterior (@coordenada x@coordenada y). • Indicador de posición del cursor.- Indica la posición actual del cursor, tanto en coordenadas (x,y) como en píxeles de la pantalla.

Ingreso de datos Menú de ingreso de datos • Este menú contiene submenús desplegables que cubren la mayor parte de las opciones destinadas a gestión de ficheros, transferencia de datos, la vista de gráficos, creación de un modelo geométrico, generación de mallas de elementos finitos e introducción de datos en general. • En el módulo de creación de la geometría, el menú esta constituido por los submenús: File, Edit, View, Geometry, Loads, Materials, Mesh, Initial, Help.

Ingreso de datos

Submenús: File: New.- para creación de nuevos proyectos. Open.- Para abrir un proyecto ya existente. Save.- Para guardar el proyecto actual con el mismo nombre. Save as.- Para guardar el proyecto con un nuevo nombre. Print.- Imprimir el modelo geométrico. Work directory.- Para establecer el directorio en el que por defecto serán guardados los ficheros del proyecto. Import.- Para importar datos de geometría de otro tipo de ficheros. General settings.- Para definir los parámetros básicos del proyecto. Exit.- para salir del programa de introducción de datos.

Ingreso de datos

Submenús:

Edit: Undo.- Para restaurar un estado anterior del modelo geométrico después de un error de introducción. Se limita a las 10 acciones más recientes. Copy.- Para copiar el modelo geométrico en la tablilla de windows.

View: Zoom in.- Para aplicar el zoom a una zona rectangular para una visión más detallada. Zoom out.- Para restaurar la visión a la forma en que estaba antes de la acción de zoom más reciente. Reset view.- Para restaurar la zona de dibujo completa.

Ingreso de datos

Submenús:

View: Table.- Para ver la tabla con coordenadas x, y de todos los puntos de la geometría. Desde la tabla se puede ajustar las coordenadas existentes. Rulers.- Para mostrar u ocultar las reglas a lo largo del dibujo. Croos hair.- Para mostrar u ocultar la retícula durante la creación del modelo geométrico. Grid.- Para mostrar u ocultar la cuadricula en la zona de dibujo. Axes.- Para mostrar u ocultar las flechas que indican los ejes coordenados. Snap to grid.- Para activar o desactivar los saltos a los puntos regulares de la cuadricula.

Ingreso de datos

Submenús:

View: Point numbers.- Para mostrar u ocultar los puntos de la geometría. Chain numbers.- Para mostrar u ocultar los números de “cadena” de los objetos geométricos. Las cadenas son grupos de objetos geométricos similares dibujados en una sola acción de trazo sin pulsar el boton derecho del mouse ni la tecla esc.

Ingreso de datos

Submenús:

Geometry : Contiene las opciones básicas para la composición de un modelo geométrico. Además de una línea geométrica normal el usuario puede seleccionar placas, geomallas, interfaces, anclajes, túneles, articulaciones/muelles de rotación, drenes y pozos.

Ingreso de datos

Submenús:

Loads: Contiene las opciones para añadir cargas y condiciones de contorno al modelo geométrico.

Ingreso de datos

Submenús:

Materials: Se utiliza para crear una base de datos para la creación y modificación de conjuntos de propiedades de los diferentes materiales es decir, suelos, interfaces, placas geomallas y anclajes.

Ingreso de datos

Submenús:

Mesh: Contiene las opciones para establecer el tipo de elemento, para generar una malla de elementos finitos y para aplicar un refinamiento local y global a la malla.

Ingreso de datos

Submenús:

Initial: Contiene la opción de pasar al módulo de definición de las condiciones iniciales del programa de introducción de datos (input)



Configuración general • La ventana general settings aparece cada vez que se inicia un nuevo proyecto o puede ser seleccionada posteriormente desde el submenú File.

Configuración general • Esta ventana contiene las pestañas de proyecto y unidades: la primera contiene el nombre y la descripción del proyecto, el tipo del modelo y los datos de aceleración. • La segunda contiene las unidades básicas de longitud, fuerza y tiempo; y las dimensiones de la zona de dibujo.

Configuración general • Modelo: Los modelos de elementos finitos pueden ser de deformación plana(plane strain) o Axisimétricos(axisymmetric)

Configuración general • Se utiliza un modelo de deformación plana cuando se tiene geometrías de sección transversal uniforme en las que se pueda suponerse que los correspondientes estados tensiónales y de cargas son uniformes a lo largo de una determinada longitud perpendicular a la sección transversal. Los desplazamientos y deformaciones en la dirección z se consideran nulos, sin embargo si se tiene en cuenta los esfuerzos en esta dirección. • El modelo axisimétrico se utiliza en estructuras circulares con sección transversal radial uniforme y un esquema de cargas alrededor del eje central que permita suponer estados tenso - deformacionales idénticos en cualquier dirección radial. En el caso axisimétrico la coordenada x representa el radio y la coordenada y corresponde al eje de simetría.

Configuración general • La selección plane strain y axisymmetric dan como resultado un modelo de elementos finitos en dos direcciones con sólo dos grados de libertad de desplazamiento por nodo(x, y).

Deformación plana

Axisimétrico

Configuración general • Elementos: Se puede seleccionar elementos triangulares de 6 o de 15 nodos para modelar el suelo u otros dominios. Por defecto aparece el triángulo de 15 nudos, los cuales proporcionan una interpolación de cuarto orden para los desplazamientos e implican doce puntos de evaluación de tensiones. Los triángulos de seis nodos son elementos más simples con un orden de interpolación de dos y la evaluación de tensiones es únicamente de tres puntos. A pesar de que la utilización de triángulos de 15 nodos da resultados más exactos, estos hacen que el cálculo se vuelva más lento y tedioso; por lo que, es necesario contar con elementos más simples. Teniendo el número de elementos suficientes de 6 nudos se puede llegar buenos resultados.

Configuración general • Elementos: Se puede pensar en un elemento de 15 nodos como una composición de cuatro elementos de 6 nodos, dado que el número total de nodos y de puntos de control de tensión es el mismo; sin embargo un elemento de 15 nodos resulta más potente que cuatro de 6 nodos.

Configuración general • Gravedad y aceleración: Por defecto la aceleración de la gravedad terrestre g se establece en 9.80 m/s2 y su dirección coincide con el eje y negativo, es decir, con una orientación de -90° respecto del plano xy. Además de la gravedad normal, el usuario puede preescribir una aceleración independiente para modelar fuerzas dinámicas de una forma pseuo-estática.

Configuración general • Unidades: Las unidades de longitud, fuerza y tiempo a utilizar en el análisis se definen cuando se especifican los datos de entrada. Las unidades que el programa sugiere por defecto son m para la longitud, KN para fuerza y días para tiempo.

Configuración general • Declinación: Es el ángulo que se inclina el eje z respecto del norte. Dato que la profundidad en plaxis 3D se manifiesta a lo largo del eje Z, es importante tomar en cuenta este parámetro.

Configuración general • Dimensiones: Aquí se especifican las dimensiones de la zona de dibujo, de manera que el modelo geométrico que se cree encaje en la zona creada. Las dimensiones de la zona de dibujo no tienen influencia sobre el modelo geométrico propiamente

Configuración general • La cuadricula: Para facilitar la creación del modelo geométrico, el usuario puede definir una cuadrícula para la zona del dibujo. La cuadricula se define se define por medio de los parámetros de espacio y el número de intervalos.

Geometría • Un modelo geométrico está constituido por puntos, líneas y dominios. Los puntos y las líneas son introducidos por el usuario, mientras que los dominios son generados por el programa. • Además de estos componentes básicos se puede añadir al modelo geométrico objetos estructurales o condiciones especiales que simulen revestimiento del túnel, muros, placas, interacción del suelo-estructuras o cargas.

Nodos

Líneas

Anclajes

Geometría • Selección de los componentes geométricos: Cuando este comando está activado, se puede seleccionar un componente geométrico haciendo clic una vez sobre dicho componente. Se puede seleccionar varios elementos del mismo tipo manteniendo presionada la tecla shift.

• Propiedades de los elementos geométricos: Los elementos geométricos poseen atributos que pueden ser modificados desde su ventana de propiedades; vasta hacer doble clic sobre un elemento para que aparezca dicha ventana.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Líneas y puntos:

Este es el elemento básico para la creación de un modelo geométrico; se puede crear líneas y puntos seleccionando el comando line y dando un clic sobre la zona de dibujo(grafica) o se puede introducir las coordenadas de los puntos. Se puede trazar líneas continuas hasta que se aplasta la tecla Esc. El programa garantiza que no se una geometría coherente sin puntos ni líneas dobles. Para mover un punto o una línea basta con seleccionarlo y arrastrarlo. Después de cada acción el programa determina los dominios que pueden ser formados. Se puede dar a cada grupo determinadas propiedades del material del suelo en esa parte de la geometría.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Placas:

Son objetos estructurales que se utilizan para modelar estructuras esbeltas en el terreno, con rigidez a la flexión y a los esfuerzos normales. En el modelo estas aparecen como líneas azules. Pueden ser utilizadas para simular muros, placas o revestimientos que se extienden en la dirección Z. Las propiedades de las placas están contenidas en su correspondiente base de datos. Los parámetros más importantes son su rigidez a la flexión EI y la resistencia a esfuerzo axial EA, a partir de los cuales se calcula un espesor equivalente de placa.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Elementos viga:

Son objetos estructurales que se utilizan para modelar estructuras esbeltas en el terreno, con rigidez a la flexión y a los esfuerzos normales. En el modelo estas aparecen como líneas azules. Pueden ser utilizadas para simular muros, placas o revestimientos que se extienden en la dirección Z. Las propiedades de las placas están contenidas en su correspondiente base de datos. Los parámetros más importantes son su rigidez a la flexión EI y la resistencia a esfuerzo axial EA, a partir de los cuales se calcula un espesor equivalente de placa.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Geomallas:

Son estructuras esbeltas incapaces de resistir flexiones; sólo pueden resistir fuerzas de tracción no de compresión. Se usan para modelar refuerzos del suelo. La única propiedad que se debe ingresar de las geomallas es su rigidez axial EA. Las geomallas pueden ser utilizadas con anclajes de nodo a nodo para simular un anclaje al suelo. En estos casos las geomallas se utilizan como cuerpo de la inyección y en anclaje de nodo a nodo para simular piquete de anclaje.

GEOMETRÍA ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Interfaces:

Las interfaces sirven para representar la interacción entre el suelo y objetos estructurales(muros, placas, geomallas). En este tipo de elementos se requiere ingresar el factor de reducción de la resistencia en la interfaz( Este valor relaciona la fricción y adherencia del muro con la resistencia del suelo) y el factor de espesor virtual. Principalmente se utiliza elementos de interfaz en las esquinas de estructuras rígidas o en los cambios bruscos de condiciones de contorno que dan lugar elevadas deformaciones.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Anclajes de nodo a nodo:

Son elementos elásticos que se utilizan para modelar conexiones de punto a punto. Un anclaje de nodo a nodo es un elemento elástico de dos nodos con una rigidez constante. Pueden ser utilizados tanto a tracción (anclajes) como a compresión (puntales) Principalmente se utiliza elementos de interfaz en las esquinas de estructuras rígidas o en los cambios bruscos de condiciones de contorno que dan lugar elevadas deformaciones.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Anclajes con un extremo fijo:

Son elementos elásticos de un nodo con rigidez elástica constante, don el otro extremo es fijo, sirven para modelar soportes para muros o anclajes en roca. Para proporcionar propiedades a estos elementos basta hacer doble click sobre ellos y aparece una ventana de propiedades

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Túneles:

Es opción se utiliza para crear secciones transversales de túnel circulares y no circulares que se incluyen en el modelo geométrico. Esta puede ser complementada con un revestimiento y con una interfaz.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Diseñador de túneles:

Al seleccionar la opción túnel aparece la ventana tunnel designer.


Se puede seleccionar la diferentes formas básicas de túnel, túnel completo, semitúnel(izquierdo, derecho)

Tipos de túneles:

Al crear la sección de un túnel, se debe indicar su tipo: Ninguno (None), túnel perforado(Bored tunnel) o túnel NATM (NATM tunnel). None: Cuando se quiere crear un contorno geométrico interno compuesto de diferentes tramos y no se tenga intención alguna de crear un túnel. Bored túnel: Permite crear un túnel circular que incluya un revestimiento homogéneo y una interfaz. NATM túnel: Este tipo de túnel considera un revestimiento compuesto por placas y un interfaz exterior.


Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Cargas y condiciones de contorno:

Mediante estos comandos se puede establecer cargas repartidas y cargas puntuales o lineales para la prescripción de desplazamientos en el modelo geométrico. Las propiedades del tipo de carga escogida pueden cambiarse en la ventana de propiedades la cual aparece haciendo doble clic sobre la carga.

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Prescripción de desplazamiento

Son condiciones especiales que pueden ser impuestas en el modelo para controlar el desplazamiento de ciertos puntos Para modificar los desplazamientos prescritos se puede hacer doble clic sobre estos y modificar sus propiedades en la ventana prescribed displacement

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Fijaciones:

Corresponde a la prescripción de un desplazamiento nulo, puede ser aplicado a líneas geométricas como a puntos geométricos. Las fijaciones pueden ser horizontales(µx = 0) y verticales(µy = 0)

Fijaciones estandar:

Con esta herramienta, PLAXIS impone de forma automática al modelo geométrico un conjunto de condiciones de contorno generales de acuerdo a lo siguiente: A las líneas verticales se les asigna una fijación horizontal(µx = 0). A las líneas horizontales se les asigna una fijación completa(µx = 0 y µy = 0). A las placas que se extienden hasta el contorno del modelo geométrico se les asigna una rotación fija en el punto que queda sobre el mismo(fz=0)

Geometría ELEMENTOS GEOMÉTRICOS: Fijaciones de rotación:

Se utilizan para eliminar los grados de libertad de una placa alrededor del eje z. Estas no necesariamente tiene que ser creadas sobre puntos ya existentes.

Fijación rotacional

Propiedades de los materiales En PLAXIS las propiedades del suelo y de los materiales que constituyen la estructura son almacenadas en conjuntos en una base de datos. Hay cuatro tipos distintos de datos: para suelos e interfaces, para placas, para geomallas y para anclajes.

Propiedades de los materiales

BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:

La base de datos del proyecto contiene contiene los conjuntos de datos de los materiales que se utilizan en el proyecto actual. Si el proyecto es nuevo la base de datos del proyecto está vacía. Además de la base de datos del proyecto, existe la base de datos global, puede ser utilizada para guardar datos en un directorio global, lo que permite intercambiar conjuntos de datos entre los distintos proyectos.



Luego de hacer clic en el ícono de propiedades de los materiales, aparece una ventana en la cual podemos asignar características a los distintos conjuntos de datos:

Base de datos del proyecto Base de datos global

Grupo de datos

Crear nueva propiedad



Modelación del comportamiento del suelo.- El comportamiento de tensióndeformación no lineal del suelo puede modelarse, conociendo características del suelo tales como: Módulo de Young, coeficiente de Poisson, ángulo de fricción y ángulo de dilatancia. Para comprender los cinco parámetros del modelo básico, se consideran las curvas típicas tensión-deformación tal como se obtienen de los ensayos triaxiales drenados estándar.



Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces.- Cuando no se tiene el material con las propiedades que necesitamos podemos crear un nuevo material y adherirlo a la base de datos global. En la ventana de Material sets, se hace clic en New, aparece la siguiente ventana en donde se puede editar un nuevo material.



Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces

Modelos constitutivos de los materiales.- PLAXIS admite diversos modelos constitutivos para simular el comportamiento del suelo y de otros medios continuos:

Modelo elástico lineal Modelo de Mohr – Coulomb Modelo para Roca Fracturada (Jointed Rock model) Modelo de Suelo con Endurecimiento (Hardening Soil model) Modelo para Suelo Blando (Soft Soil model)






Tipo de comportamiento de los materiales – Tipos de materiales.Los parámetros de los modelos de PLAXIS están pensados para representar la respuesta del suelo en términos de tensiones efectivas, es decir, la relación entre las tensiones y las deformaciones asociadas al esqueleto del suelo. Comportamiento drenado (Drained behaviour) Comportamiento no drenado (Undrained behaviour) Comportamiento no poroso (Non-porous behaviour) Comportamiento drenado (Drained behaviour) Comportamiento no drenado (Undrained behaviour)





BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES: Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces Peso saturado y no saturado


BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES: Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces Permeabilidades (kx y ky).- La introducción de los parámetros de permeabilidad sólo es necesaria para los análisis de consolidación y los cálculos de flujo, es necesario especificar las permeabilidades correspondientes a todos los dominios, incluyendo las capas casi impermeables que están consideradas como totalmente impenetrables.


BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES: Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces Variación de la permeabilidad (ck )



Conjuntos de datos de materiales para placas:

Las placas se utilizan para modelar el comportamiento de muros, placas o láminas, todos ellos esbeltos. Puede hacerse distinción entre el comportamiento elástico y el elastoplástico.

Se puede utilizar los materiales que existen en la base de datos real, o crear materiales con otras características haciendo click en el botón new tal como se muestra en la figura anterior









Conjuntos de datos para geomallas:



Conjuntos de datos para anclajes:



Asignación de conjuntos de datos a los componentes de la geometría : Para asignar las propiedades a los elementos del diseño geométrico, hacemos doble click sobre el elemento al cual queremos asignar las propiedades y luego, aparece la ventana de propiedades del elemento seleccionado.



Asignación de conjuntos de datos a los componentes de la geometría :


GENERACIÓN DE MALLA:

La generación de la malla se basa en un robusto procedimiento de triangulación, el cual da como resultado mallas ‘no estructuradas’. Estas mallas pueden parecer desordenadas, pero su rendimiento numérico es por lo general mejor que el de las mallas regulares (estructuradas). La generación de mallas se inicia haciendo click en el botón mesh. Después de la generación de la malla se abre automáticamente, el subprograma output.

3D TUNNEL

Generación de mallas • Después de tener el modelo geométrico completamente definido y haber proporcionado las propiedades correspondientes a cada material, la geometría debe de ser dividida en elementos finitos con el fin de llevar a cabo los cálculos correspondientes. PLAXIS 3D tunnel dispone de un generador de mallas totalmente automático; el cuál se basa en un procedimiento de triangulación, que da como resultado mallas no estructuradas. • El generador de malla necesita de un modelo geométrico compuesto por puntos, líneas y dominios; estos últimos (zonas encerradas por líneas) son automáticamente generados durante la creación del modelo geométrico. Pueden también utilizarse líneas y puntos geométricos para condicionar la posición y la distribución de elementos

Generación de mallas Para generar la malla se hace clic en botón generar malla. Al general la malla, se activa automáticamente el subprograma output y se muestra la malla generada.

Generación de mallas • Tipos elementos básicos: Como se explico en el subprograma input, existen dos elementos básicos: triángulos de 6 y de 15 nudos. Esto se puede configurar desde la ventana General settings en el menú file. • Grado de refinamiento global: Se distingue entre 5 grados de refinamiento de acuerdo al tamaño promedio de los elementos y el número de elementos generados; así tenemos: – Very coarse (muy grueso): Alrededor de 50 elementos. – Coarse (grocero): Alrededor de 100 elementos. – Medium (medio): Alrededor de 250 elementos. – Fine (fino): Alrededor de 500 elementos. – Very fine (muy fino): Alrededor de 1000 elementos.

Generación de mallas • Grado de refinamiento global:

Generación de mallas • Refinamiento global: Cuando se ejecuta esta opción el refinamiento global se incrementa un nivel y la malla se regenera automáticamente. Este procedimiento puede realizarse desde el menú Mesh. • Refinamiento local.- Se utiliza cuando se esperan concentraciones grandes de tensiones en determinado lugar, por ende se necesita una malla más precisa, esta situación ocurre cuando se presentan situaciones de bordes, esquinas u objetos estructurales.

Generación de mallas • Refinamiento global: de grocero de refinamiento tosco a medio

Generación de mallas • Recomendaciones para generar una malla: Para llevar a cabo un cálculo eficiente puede realizarse un análisis preliminar utilizando una malla relativamente grosera, esto se hace para comprobar si el modelo es lo suficientemente ajustado a las dimensiones de los lugares en los que se producen concentraciones de tensiones y grandes gradientes de deformación. Esta información deberá ser utilizada para la creación de un modelo de elementos finitos refinado.

Generación 3D Después de generar la malla en 2D, se puede crear una malla de elementos finitos en 3D, haciendo clic en el ícono correspondiente ; , como resultado de estos, aparece una nueva ventana, en la se puede ingresar las coordenas correspondientes al eje z del plano frontal, y del plano de fondo

Generación 3D

Plano frontal Plano de fondo

Generación 3D

Condiciones iniciales Una ves creada el modelo geométrico y generada la malla de elementos finitos, debe especificarse el estado tensional y la configuración inicial. Este procedimiento se lo realiza en el programa Input, y está dividido en dos partes: Generación de las presiones iniciales de agua (C.I. referentes al flujo). Configuración inicial de la geometría y configuración de campos de tensiones efectivas iniciales(Configuración de la geometría). El paso entre estos dos módulos se lo hace a través del conmutador

Condiciones iniciales Para introducir las condiciones iniciales, se debe hacer clic en Al realizar esta acción la ventana principal del programa input cambia:

Condiciones iniciales • Generación de presiones iniciales de agua Las presiones iniciales de agua pueden generarse introduciendo los niveles freáticos. Para ello es necesario introducir ciertos parámetros como: • Peso del agua: Se lo introduce en el menú geometry, por defecto PLAXIS 3D tunnel toma el valor de 9,8 KN/m3. • Nivel freático : Representa un conjunto de puntos en que la presión del agua es cero. Utilizando en nivel freático la presión del agua se incrementa linealmente con la profundidad acorde con el peso del agua especificado.

Condiciones iniciales • Generación de presiones iniciales de agua Nivel freático :

Condiciones iniciales • Generación de presiones iniciales de agua Para generar las presiones de agua de niveles freáticos, se utiliza el siguiente comando de la barra de herramientas.

Condiciones iniciales • Configuración de la geometría inicial Para acceder a esta opción debemos hacer clic en el lado derecho del conmutador Se utiliza para definir la configuración inicial de la geometría utilizada y deseleccionar los dominios que no son activos en la situación inicial tales como (cargas, placas, geotextiles, interfaces o dominios de suelo por encima de la superficie inicial del terreno. El procedimiento K0 considera solamente el peso del suelo y calcula sólo tensiones efectivas y presiones intersticiales en elementos de suelo e interfaces. Las cargas externas y el peso de los elementos estructurales no son tenidos en cuenta. La activación de cargas y de objetos estructurales en la configuración inicial no tiene, por lo tanto, ningún efecto.

Condiciones iniciales • Generación de tenciones iniciales Las tensiones iniciales en una capa de suelo están influenciadas por el peso del material y por su historia previa . Para generar estas tensiones, se hace clic en el botón

Condiciones iniciales También se puede modelar las presiones iniciales y por nivel freático, representando la perforación del túnel y ubicando el revestimiento a las paredes internas de este; pero, como se dijo anteriormente, esto no alterará el resultado mostrado anteriormente, ya que se trata de modelar condiciones iniciales y por lo tanto los efectos de las perforaciones y las placas de concreto son despreciados por PLAXIS.

Condiciones iniciales • Realizando las perforaciones:

Condiciones iniciales • Realizando las perforaciones: Nivel freático

Condiciones iniciales • Realizando las perforaciones: tensiones iniciales.

Condiciones iniciales • Realizando las perforaciones: presiones i. de agua

Condiciones iniciales • Con revestimiento de concreto:

Condiciones iniciales • Con revestimiento de concreto: N. freático.

Condiciones iniciales • Con revestimiento de concreto: Tensiones iniciales

Condiciones iniciales • Con revestimiento de concreto: Presiones i. de agua

Cálculos • Es necesario definir qué tipos de cálculos se han de llevar a cabo y qué tipo de cargas o de etapas de construcción se han de activar durante los cálculos. El programa de Cálculo se centra exclusivamente en los análisis de deformación y distingue entre un cálculo plástico(Plastic), un análisis de Consolidación (Consolidation), un análisis de Seguridad (Phicreduction) y un cálculo Dinámico (Dynamic). • En la práctica de la ingeniería, los proyectos constan de diferentes fases. De manera similar, un proceso de cálculo de PLAXIS se divide también en fases del cálculo.

Cálculos • Para iniciar el subprograma de cálculos desde el programa input se hace clic en el ícono Menú de cálculos

Barra de herramientas

Pestañas

Lista de faces de cálculo

Cálculos • Menú de cálculos: El menú de cálculos está constituido por los submenús: Files, Edit, View, Calculate y Help. • Submenú Files: Open.- Abre el proyecto para el que se quiere definir las faces de cálculo. Save.- Guarda el estado actual de la lista de cálculos. Print.- Imprime la lista de la fase de cálculos. Work directory.- Determina el directorio en el que se han de almacenar los ficheros de proyectos de PLAXIS. Exit.- Permite salir del programa.

Cálculos • Menú de cálculos: • Submenú Edit: Next phase.- Permite pasar a la siguiente fase de cálculo o agrega una nueva. Insert phase.- Inserta una nueva fase de cálculo en cualquier posición. Delete phase.- Borra las faces seleccionadas. Copy clipboard.- Copia la lista de fases de cálculo en la tablilla. Select all.- Selecciona todas las faces de cálculo.

Cálculos • Menú de cálculos:

• Submenú View: Calculation manager.- Abre la ventana del gestor de cálculos, a partir de la cual se controla todos los procesos de cálculo activos. Select point for curve.- Permite seleccionar nodos y puntos de tensión para generar curvas de carga – desplazamiento y trayectorias de tensión.

Cálculos • Menú de cálculos: • Submenú Calculate: Current project.- Inicia el proceso de cálculo del proyecto actual. Multiple project.- Selecciona el proyecto cuyo proceso de cálculo quiere ser iniciado. Después de la selección de un proyecto este es añadido a la ventana del gestor de cálculos.

Cálculos • Definición de una fase cálculo: Al iniciar el cálculo de un nuevo proyecto, este sólo contiene una fase inicial (Initial Phase) con el número fase 0. Esta fase representa la situación inicial como se ha definido el proyecto en el programa input. Para introducir una nueva fase de cálculo se debe de hacer clic en el botón next; por defecto la nueva fase de cálculo se iniciará a partir de los resultados de la fase anterior de la lista. Después de la introducción de la nueva fase debemos de definirla utilizando las pestañas: Generals, parameters y multipliers.

Cálculos • Inserción y eliminación de una fase de cálculo: Cuando se inserta o elimina una fase de cálculo, se debe tener en cuenta que las condiciones iniciales para las fases siguientes cambiarán y que éstas deben volver a ser especificadas manualmente. Para insertar o eliminar una fase de calculo se debe de hacer clic en los botones insert o delete respectivamente que están junto al botón next.

Cálculos • Inserción y eliminación de una fase de cálculo:

Insert Next

Delete

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) Dentro de esta podemos definir los siguientes parámetros: • Phase: Se utiliza para identificar las fases de cálculo y determinar su ordenación. Se puede asignar un nombre conveniente a la fase acompañada de un número asignada por el programa que identifica el número de la fase. El parámetro Star from fase se refiere a la fase desde la cual va ha iniciarse la fase de cálculo actual; no pude asignarse en este apartado una fase que aparezca por debajo en la lista de cálculos.

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) • Phase:

Nombre de la fase Fase de referencia

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) • Tipos de Cálculos (Calculation type): En PAXIS 3D Tunnel únicamente existe el tipo de cálculo plástico 3D (3D plastic) a diferencia de PLAXIS 2D en donde se hace referencia a tres tipos de cálculo: plástico, análisis por consolidación y el análisis de seguridad. Cabe recalcar que el análisis plástico 3D ya se consideran estos tres tipos de análisis.

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) • Tipos de Cálculos (Calculation type): 3D plastic calculation.- este tipo de cálculo utiliza un análisis de deformación elástico – plástico de acuerdo con la teoría de pequeñas deformaciones. Este tipo de cálculo es apropiado en la mayoría de casos prácticos de geotecnia. La matriz de esfuerzo en el análisis plástico en 3D en la geometría original indeformable.

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) • Tipos de Cálculos (Calculation type): 3D plastic calculation

Análisis plástico en 3D

Cálculos • Condiciones generales (pestaña general) • Tipos de Cálculos (Calculation type): Aplicación de cargas por pasos.- este tipo de cálculo utiliza un análisis de deformación elástico – plástico de acuerdo con la teoría de pequeñas deformaciones. Este tipo de cálculo es apropiado en la mayoría de casos prácticos de geotecnia. La matriz de esfuerzo en el análisis plástico en 3D en la geometría original indeformable.

Cálculos • Para el presente cálculo se utiliza Load adv. Ultimate level, y que estamos en una etapa de construcción, para este análisis el número de pasos adicionales es de 250 por defecto.

Cálculos • A continuación en el apartado Phase, ponemos el nombre de la fase creada, la cual va acompañada de su número de identificación.

Cálculos • Aquí también podemos elegir la fase desde la cual queremos que inicie nuestro cálculo, en la pestaña start from phase:

Cálculos • Parámetros (parameters) • Número de pasos adicionales: por defecto el programa estable un número de 250 pasos, aunque casi nunca se llega a este valor

Cálculos • Parámetros (parameters) • Procesos iterativos: Aquí se puede elegir entre las características estándar puesta por defecto por el programa (recomenda), o se puede hacer clic en le botón Define y colocar el valor más conveniente para nuestro caso. Los valores por defecto son: - Error: 0,03 - Número max. de iteraciones: 100 - Número min. De iteraciones: 4

Cálculos • Parámetros (parameters) • Procesos iterativos:

Cálculos • Parámetros (parameters) Aquí se puede establecer si se quiere considerar los desplazamientos desde cero, ignorar el comportamiento no drenado del suelo y borrar los pasos intermedios de cálculo, con el fin de ahorrar memoria.

Cálculos Parámetros (parameters)

Load input .- Aquí podemos elegir si queremos realizar nuestros cálculos en una etapa de construcción, o multiplicarla por un factor mayorador. Además si se trabaja en suelos donde su consolidación depende del tiempo (arcillas), se establece el tiempo de duración de la fase; caso contrario este factor es irrelevante. Haciendo clic en el botón Define, se puede establecer la geometría del túnel en las diferentes etapas. Se puede habilitar o deshabilitar elementos, por ejemplo, se puede deshabilitar el suelo que queda dentro del túnel para simular una etapa de perforación

Cálculos Parámetros (parameters) Load input .-

Cálculos Parámetros (parameters) Load input (primera fase).- En esta fase se deshabilito el estrato de suelo dentro del túnel, así tenemos una etapa de perforación.

Cálculos Parámetros (parameters) Load input (primera fase).Además, se habilita la carga distribuida que está sobre el suelo, los elementos de suelo deshabilita aparecen en color blanco, en tanto que los demás elementos cuando están deshabilitados aparecen en color gris, caso contrario aparecen en su color normal.

Cálculos Parámetros (parameters) Load input (primera fase).-

Cálculos Parámetros (parameters) Load input (Segunda fase).- Aquí se habilita las placas de hormigón que conforman la sección del túnel.

Cálculos Multiplicadores de carga Estos se utilizan para hacer incrementos graduales de carga hasta llegar a la carga última a la que se desea calcular los esfuerzos existentes en el suelo, cuando se utiliza etapas constructivas, estos parámetros aparecen establecidos por defecto.

Cálculos Multiplicadores de carga

Cálculos Finalmente todas las etapas definidas aparecen en la

ventana de cálculos

Cálculos Selección de puntos para generación de curvas Después de definir todas las faces de cálculo y antes de empezar con los cálculos correspondientes, se puede elegir determinados puntos con el fin de generar curvas esfuerzo – desplazamiento, las cuales pueden ser observadas en el programa Curves luego de finalizados los cálculos. Para seleccionar los puntos en los cuales se chequeara el esfuerzo y desplazamiento, se hace clic en y se abre el programa output, en el cual seleccionamos los puntos haciendo clic sobre ellos.

Cálculos Selección de puntos para generación de curvas

Manejo del Programa Plaxis 3D Túnel.pdf

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