Versin 8 Manual de ReferenciaEditado por R.B.J. Brinkgreve Delft University of Technology & PLAXIS b.v., Pases Bajos Con la colaboracin de R. Al-Khoury K.J. Bakker P.G. Bonnier W. Broere H.J. Burd G. Soltys P.A. Vermeer J. M. Gesto A. Gens .DOC Den Haag

PLAXIS BV / DELFT / 2004

PLAXIS V8 Manual de Referencia

Marcas Windows es una marca registrada de Microsoft Corp. Copyright PLAXIS 2D de: PLAXIS bv P.O. Box 572, 2600 AN DELFT, Pases Bajos Fax: + 31 15 257 3107; E-mail: info@plaxis.nl; Internet: http://www.plaxis.nl El presente manual no puede ser reproducido, ni en su totalidad ni parcialmente, por fotocopia, por impresin ni por ningn otro medio, sin el permiso por escrito de PLAXIS bv Publicado y distribuido por PLAXIS b.v. P.O. Box 572, 2600 AN DELFT, Pases Bajos Fax: + 31 15 257 3107; E-mail: info@plaxis.nl; Internet: http://www.plaxis.nl ISBN 90-808079-8-2 2004 PLAXIS bv

NDICE DE MATERIAS NDICE DE MATERIAS

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Introduccin .................................................................................................1-1 Informacin general ....................................................................................2-1 2.1 Unidades y convenio de signos..............................................................2-1 2.2 Tratamiento de los ficheros....................................................................2-3 2.3 Introduccin de datos.............................................................................2-4 2.4 Opciones de ayuda .................................................................................2-4 Introduccin de datos y pre-procesador ....................................................3-1 3.1 El programa de introduccin de datos (input)........................................3-1 3.2 El men de introduccin de datos (input) ..............................................3-4 3.2.1 Lectura de un proyecto existente................................................3-7 3.2.2 Configuracin general................................................................3-7 3.3 Geometra.............................................................................................3-12 3.3.1 Puntos y lneas .........................................................................3-13 3.3.2 Placas .......................................................................................3-14 3.3.3 Articulaciones y muelles de rotacin .......................................3-16 3.3.4 Geomallas ................................................................................3-17 3.3.5 Interfaces..................................................................................3-19 3.3.6 Anclajes de nodo a nodo ..........................................................3-22 3.3.7 Anclajes con un extremo fijo ...................................................3-23 3.3.8 Tneles.....................................................................................3-23 3.4 Cargas y condiciones de contorno .......................................................3-29 3.4.1 Prescripcin de desplazamientos..............................................3-29 3.4.2 Fijaciones .................................................................................3-30 3.4.3 Fijaciones estndar...................................................................3-31 3.4.4 Cargas repartidas......................................................................3-32 3.4.5 Cargas puntuales ......................................................................3-33 3.4.6 Fijaciones de rotacin ..............................................................3-34 3.4.7 Drenes ......................................................................................3-34 3.4.8 Pozos........................................................................................3-34 3.5 Propiedades de los materiales ..............................................................3-35 3.5.1 Modelizacin del comportamiento del suelo ...........................3-37 3.5.2 Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces ......3-38 3.5.3 Modelos constitutivos de los materiales...................................3-40 3.5.4 Conjuntos de datos para geomallas ..........................................3-59 3.5.5 Conjuntos de datos para anclajes .............................................3-59 3.5.6 Asignacin de conjuntos de datos a los componentes de la geometra .............................................................................................3-60 3.6 Generacin de la malla.........................................................................3-61 3.6.1 Tipo bsico de elemento ..........................................................3-62 3.6.2 Grado de refinamiento global...................................................3-62 3.6.3 Refinamiento global.................................................................3-63 i

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MANUAL DE REFERENCIA 3.6.4 Grado de refinamiento local.....................................................3-63 3.6.5 Refinamiento local...................................................................3-63 3.6.6 Prcticas aconsejables para la generacin de mallas................3-64 3.7 Condiciones iniciales ........................................................................... 3-64 3.8 Condiciones iniciales referentes al flujo .............................................. 3-64 3.8.1 Peso del agua ...........................................................................3-65 3.8.2 Niveles freticos ......................................................................3-66 3.8.3 Condiciones de contorno referentes al flujo.............................3-70 3.8.4 Generacin de presiones de agua.............................................3-73 3.8.5 Clculo del flujo estacionario ..................................................3-75 3.8.6 Contornos impermeables en anlisis de consolidacin ...........3-78 3.9 Configuracin de la geometra inicial.................................................. 3-79 3.9.1 Desactivacin de cargas y objetos geomtricos .......................3-79 3.9.2 Visin o reasignacin de los conjuntos de datos......................3-80 3.9.3 Generacin de tensiones iniciales (procedimiento K0) ............3-80 3.10 Inicio de los clculos ........................................................................... 3-83 4 Clculos ........................................................................................................4-1 4.1 El programa de clculos......................................................................... 4-1 4.2 El men de clculos ............................................................................... 4-3 4.3 Definicin de una fase de clculo .......................................................... 4-4 4.3.1 Insercin y eliminacin de fases de clculo...............................4-5 4.4 Consideraciones generales acerca de los clculos ................................. 4-6 4.4.1 Identificacin y ordenacin de la fases ......................................4-7 4.4.2 Tipos de clculos .......................................................................4-7 4.5 Procedimientos de aplicacin de las cargas por pasos ......................... 4-10 4.5.1 Procedimientos de tamao automtico de los pasos ................4-10 4.5.2 Nivel ltimo de avance de la carga ..........................................4-11 4.5.3 Nmero de pasos de avance de la carga...................................4-12 4.5.4 Aplicacin de pasos de tiempo automticos (consolidacin)...4-13 4.6 Parmetros de control del clculo ........................................................ 4-13 4.6.1 Parmetros de control de los procedimientos iterativos...........4-16 4.6.2 Introduccin de la carga...........................................................4-21 4.7 Construccin por etapas....................................................................... 4-26 4.7.1 Cambios en la configuracin de la geometra ..........................4-27 4.7.2 Activacin y desactivacin de dominios o de objetos estructurales 4-28 4.7.3 Activacin o modificacin de cargas .......................................4-29 4.7.4 Prescripcin de desplazamientos .............................................4-31 4.7.5 Reasignacin de conjuntos de datos.........................................4-32 4.7.6 Aplicacin de una deformacin volumtrica a un dominio de suelo 4-33 4.7.7 Aplicacin de esfuerzos de pretensado a los anclajes ..............4-33 4.7.8 Aplicacin de una contraccin a al revestimiento de un tnel .4-34 4.7.9 Cambio de la distribucin de presiones de agua ......................4-34 4.7.10 Paso nulo plstico (plastic nil-step) .........................................4-36 PLAXIS V8

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NDICE DE MATERIAS 4.7.11 Construccin por etapas con mstage y > se utiliza para copiar todos los conjuntos de datos de la base de datos del proyecto en la base de datos global.

Figura 3.20 Ventana de los conjuntos de datos de materiales en la que se muestran la base de datos del proyecto y la global Debajo de la lista de conjuntos de datos de la base de datos global hay tres botones. El botn de Open se utiliza para abrir una base de datos existente con conjuntos de datos de materiales (es decir, un fichero con la extensin .MDB), cuyo manejo es como el de la base de datos global. El botn de Delete puede ser utilizado para eliminar de la base de datos global un conjunto seleccionado de datos de material. El botn de Create se utiliza para guardar la base de datos global con conjuntos de datos de materiales como una base de datos por separado. Por defecto, la base de datos global correspondiente a suelo e interfaces contiene los conjuntos de datos de todas las lecciones del tutorial y est contenida en el fichero 'Soildata.MDB', que est almacenado en el subdirectorio DB del 3-36 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR directorio del programa PLAXIS. Este fichero es compatible con ficheros de bases de datos similares de otros productos PLAXIS. De forma similar, las bases de datos globales para las placas (o vigas), los geomallas (o geotextiles) y los anclajes estn contenidas en los ficheros 'Beams.MDB', 'Geotex.MDB' y 'Anchors.MDB' respectivamente. Estos ficheros PLAXIS compatibles estn tambin almacenados en el subdirectorio DB del directorio del programa PLAXIS. Los botones que estn debajo de la lista de conjuntos de datos de la base de datos del proyecto se utilizan para ver, crear modificar, copiar o eliminar conjuntos de datos. Se crea un nuevo conjunto de datos haciendo clic sobre el botn de New. Como resultado de ello, aparece una nueva ventana en la que se pueden introducir las propiedades de los materiales o los parmetros del modelo. El primer elemento que se ha de introducir es siempre la identificacin (Identification), que es el nombre definido por el usuario para ese conjunto de datos. Una vez se ha completado un conjunto de datos, ste se aadir a la lista y aparecer designado tal como se haya especificado Identification. Los conjuntos de datos existentes pueden ser modificados seleccionando el nombre correspondiente de la lista de conjuntos de datos de la base de datos del proyecto y haciendo clic en el botn de Edit. Al seleccionar un conjunto de datos existente y hacer clic en el botn de Copy, se crea un nuevo conjunto de datos en el cual todos los parmetros son iguales a los del conjunto de datos seleccionado (existente). Cuando un conjunto de datos no es ya necesario se le puede eliminar seleccionndolo primero y haciendo luego clic en el botn de Delete. En las situaciones en las que no es posible cambiar la base de datos del proyecto (es decir, en las condiciones iniciales o en el mdulo de construccin por etapas), el botn de Edit es substituido por un botn de View. Al hacer clic en dicho botn se activan los conjuntos de datos existentes para que puedan ser vistos. 3.5.1 MODELIZACIN DEL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

Los suelos y las rocas tienen tendencia a comportarse de una forma fuertemente no lineal bajo los efectos de las cargas. Este comportamiento tensin-deformacin no lineal puede ser modelizado con diversos niveles de sofisticacin. Sin embargo, el nmero de parmetros del modelo se incrementa al aumentar ese nivel de sofisticacin. El conocido modelo de Mohr-Coulomb puede ser considerado como una aproximacin de primer orden al comportamiento real del suelo. Este modelo elstico perfectamente plstico exige cinco parmetros de entrada bsicos, a saber: un mdulo de Young, E, un coeficiente de Poisson, , una cohesin, c, un ngulo de friccin, , y un ngulo de dilatancia, . Dado que los ingenieros geotcnicos estn por lo general familiarizados con los cinco parmetros anteriores y raramente disponen de ningn otro dato acerca de otros parmetros del suelo, la atencin se centrar aqu en este modelo bsico de suelo. PLAXIS admite tambin algunos modelos de suelo avanzados. Dichos modelos y sus parmetros se describen en el manual de Modelos de Materiales.

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MANUAL DE REFERENCIA|1-3| |1-3| E 1 -1 -1 2c cos + |1-3| sin

v

v 2 sin 1- sin -1 (a) 1 3 Axial stress Constant confining pressure 1 v (1-2) 1 (b) Axial strain

1

-1

Volumetric strain

Figura 3.21 Resultados de ensayos triaxiales drenados estndar (a) y modelo elsticoplstico (b).

Relacin entre los parmetros del modelo bsico y el comportamiento real del sueloPara comprender los cinco parmetros del modelo bsico, se consideran las curvas tpicas tensin-deformacin tal como se obtienen de los ensayos triaxiales drenados estndar (Figura 3.21). El material ha sido comprimido de forma istropa hasta alcanzar una tensin media 3. Despus de esto, se incrementa la tensin axial 1 mientras se mantiene constante la tensin radial. En esta segunda fase de la carga, los geomateriales tienden a producir curvas tales como las que se muestran en la Figura 3.21a. El incremento del volumen (o de la deformacin volumtrica) es tpico de las arenas y se observa tambin con frecuencia en las rocas. En la Figura 3.21b se muestran la idealizacin del ensayo que corresponde al modelo Mohr-Coulomb. La figura da una indicacin del significado y de la influencia de los cinco parmetros del modelo bsico. Tngase en cuenta que se necesita el ngulo de dilatancia para modelizar el incremento irreversible de volumen. 3.5.2 CONJUNTOS DE DATOS PARA MATERIALES TIPO SUELO E INTERFACES Las propiedades de los materiales y los parmetros del modelo correspondientes a dominios ocupados por materiales tipo suelo son introducidos en los conjuntos de datos de los materiales. Las propiedades de los materiales de las interfaces que interaccionan con cada uno de esos materiales estn relacionadas con las propiedades del suelo 3-38 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR correspondiente y se introducen en sus mismos conjuntos de datos. Un conjunto de datos para materiales tipo suelo e interfaces representa por lo general una determinada capa de suelo y puede ser asignado al dominio o a los dominios correspondientes del modelo geomtrico. El nombre del conjunto de datos aparece indicado en la ventana de propiedades del dominio. A las interfaces que estn presentes en o a lo largo de dicho dominio se les asigna automticamente el mismo conjunto de datos. Esto viene indicado en la ventana de propiedades de las interfaces como .

Figura 3.22 Ventana de conjuntos de datos de materiales tipo suelo e interfaces (pestaa General) Se pueden crear varios conjuntos de datos para distinguir entre diferentes capas de suelo. El usuario puede especificar cualquier ttulo de identificacin para un conjunto de datos. Es aconsejable utilizar un nombre que tenga algn significado, dado que el conjunto de datos aparecer en la lista de conjuntos de datos de la base de datos por su nombre de identificacin. Para un fcil reconocimiento en el modelo, PLAXIS asigna un color propio a cada conjunto de datos. Este color aparece tambin en la lista de conjuntos de datos de la base de datos. PLAXIS selecciona un nico color por defecto para cada conjunto de datos, pero dicho color puede ser modificado por el usuario. El cambio de color puede ser efectuado haciendo clic en el recuadro situado en la esquina inferior izquierda de la ventana del conjunto de datos. Las propiedades que se especifican en cada conjunto de datos se clasifican en tres categoras: General, Parameters y Interfaces. Cada categora tiene asociada una pestaa 3-39

MANUAL DE REFERENCIA dentro de la correspondiente ventana. La pestaa General contiene el tipo de modelo constitutivo del suelo, el tipo de comportamiento del suelo (drenado, no drenado o no poroso) y las propiedades generales del suelo tales como el peso especfico. La pestaa Parameters contiene los parmetros de rigidez y de resistencia correspondientes al modelo constitutivo seleccionado. La pestaa Interfaces contiene los parmetros que relacionan las propiedades de las interfaces con las propiedades del suelo. 3.5.3 MODELOS CONSTITUTIVOS DE LOS MATERIALES

PLAXIS admite diversos modelos constitutivos para simular el comportamiento del suelo y de otros medios continuos. Los modelos y sus parmetros se analizan en detalle en el manual de Modelos de los Materiales. A continuacin se facilita una breve descripcin de los modelos disponibles:

Modelo elstico lineal:Este modelo representa la ley de Hooke de elasticidad lineal istropa. El modelo incluye dos parmetros de rigidez elstica, a saber: el mdulo de Young, E, y el coeficiente de Poisson, . El modelo elstico lineal tiene muchas limitaciones en relacin a la simulacin del comportamiento de los suelos. Se utiliza fundamentalmente para capas rgidas de suelo.

Modelo de Mohr-Coulomb:Este bien conocido modelo se utiliza como una primera aproximacin al comportamiento del suelo en general. El modelo incluye cinco parmetros, a saber: el mdulo de Young, E, el coeficiente de Poisson, , la cohesin, c, el ngulo de friccin, , y el ngulo de dilatancia, .

Modelo para Roca Fracturada (Jointed Rock model):Se trata de un modelo elstico-plstico anistropo en que el rotura por accin de las tensiones tangenciales slo puede producirse en un nmero limitado de direcciones de deslizamiento. Este modelo puede ser utilizado para simular el comportamiento de roca estratificada o fracturada.

Modelo de Suelo con Endurecimiento (Hardening Soil model):Se trata de una variante elastoplstica del modelo hiperblico, formulado en el marco de la plasticidad de endurecimiento por friccin. Adems, el modelo incluye el endurecimiento por compresin para simular la compactacin irreversible del suelo bajo una compresin primaria. Este modelo de segundo orden puede ser utilizado para simular el comportamiento de arenas y gravas, as como de tipos de suelo ms blandos, como arcillas y sedimentos.

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INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR

Modelo para Suelo Blando (Soft Soil model):Se trata de un modelo tipo CamClay que puede ser utilizado para simular el comportamiento de suelos blandos como arcillas normalmente consolidadas y turbas. El modelo proporciona buenos resultados en las situaciones de compresin primaria.

Modelo de Suelo Blando con fluencia (Soft Soil creep model):Es ste un modelo de segundo orden formulado en el marco de la viscoplasticidad. El modelo puede ser utilizado para simular el comportamiento dependiente del tiempo de suelos blandos tales como arcillas normalmente consolidadas y turbas. El modelo incluye una ley logartmica para la variacin de rigidez con el cambio de volumen.

Modelo de Suelo definido por el usuario:Esta opcin permite la utilizacin de otros modelos constitutivos aparte de los modelos estndar de PLAXIS. Para una descripcin detallada de este dispositivo puede consultarse el manual de Modelos de Materiales.

Tipo de comportamiento de los materiales Tipos de materialesEn principio, todos los parmetros de los modelos de PLAXIS estn pensados para representar la respuesta del suelo en trminos de tensiones efectivas, es decir, la relacin entre las tensiones y las deformaciones asociadas al esqueleto del suelo. Una caracterstica importante del suelo es la presencia de agua intersticial. Las presiones intersticiales influyen de una forma significativa sobre la respuesta del suelo. Para permitir la incorporacin de la interaccin agua-esqueleto en la respuesta del suelo PLAXIS ofrece para cada modelo de suelo la posibilidad de elegir entre tres tipos de comportamiento:

Comportamiento drenado (Drained behaviour):Utilizando esta opcin no se generan excesos de presin intersticial. sta es claramente la opcin a escoger para suelos secos y en situaciones de drenaje completo debido a una elevada permeabilidad (arenas) y/o una velocidad lenta de carga. Esta opcin puede tambin ser utilizada para simular el comportamiento del suelo a largo plazo sin necesidad de modelizar el historial completo de carga sin drenaje y de consolidacin.

Comportamiento no drenado (Undrained behaviour):Esta opcin se utiliza para impedir completamente el drenaje permitiendo la generacin de excesos de presin intersticial. El flujo del agua intersticial puede despreciarse en situaciones de baja permeabilidad (arcillas) y/o de alta velocidad de carga. 3-41

MANUAL DE REFERENCIA Todos los dominios que se clasifiquen como no drenados se comportarn como no drenados incluso si el dominio o una parte del mismo se encuentra situado por encima del nivel fretico. Tngase en cuenta que los parmetros del modelo debern ser introducidos en trminos de tensiones efectivas, es decir,. E', ', c', ' y no Eu, u, cu (su), u. Adems de la rigidez y la resistencia del esqueleto del suelo, PLAXIS asigna al agua un mdulo de compresibilidad volumtrica finito y distingue entre tensiones totales, tensiones efectivas y excesos de presin intersticial: Tensin total: Tensin efectiva: Exceso de presin intersticial:

p = K u p = (1 B )p = K pw = Bp = K w n

En las expresiones anteriores p es el incremento de la tensin media en totales, p' es el incremento de la tensin media en efectivas y pw es el incremento de presin intersticial. B es el parmetro B de Skempton, que se refiere a la proporcin del incremento de la tensin media en totales con respecto al incremento de exceso de presin intersticial. Ku es el mdulo de compresibilidad no drenado, K' es el mdulo de compresibilidad del esqueleto del suelo, Kw es el mdulo de compresibilidad del lquido intersticial, n es la porosidad del suelo y v es el incremento de deformacin volumtrica. En el caso del comportamiento no drenado, PLAXIS no utiliza un mdulo de compresibilidad del agua realista dado que esto puede dar lugar a un mal condicionamiento de la matriz de rigidez y a problemas numricos. De hecho, la rigidez total con respecto a la compresin istropa tanto del suelo como del agua est, por defecto, basada en un mdulo de compresibilidad no drenado implcito:

Ku =

2G (1 + u ) E' en donde G = y u = 0.495 3(1 2 u ) 2(1 + ' )

Esto da como resultado que el agua intersticial resulte ligeramente compresible y que, en consecuencia, el parmetro B tome un valor ligeramente inferior a 1.0. Esto implica que durante una carga istropa algn porcentaje de la misma contribuir a incrementar las tensiones efectivas por lo menos en el caso de que el coeficiente de Poisson en efectivas tome valores pequeos. En el caso del comportamiento no drenado del material el coeficiente de Poisson en efectivas deber ser de menos de 0.35. La utilizacin de valores ms altos del coeficiente de Poisson significara que el agua no sera lo suficientemente rgida con respecto al esqueleto del suelo.

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INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR El valor por defecto del coeficiente de Poisson sin drenaje, u, puede ser modificado por medio de una introduccin manual del factor B de Skempton en la ventana de los parmetros del Mohr-Coulomb Avanzado (Vase la pgina 351 para ms detalles).

Comportamiento no poroso (Non-porous behaviour):Utilizando esta opcin, no sern tenidas en cuenta ni las presiones intersticiales iniciales ni los excesos de presin intersticial en dominios de ese tipo. Las aplicaciones pueden encontrarse en la modelizacin del comportamiento del hormign o del comportamiento estructural en general. El comportamiento no poroso (Non-porous) se utiliza con frecuencia en combinacin con el modelo elstico lineal (Linear elastic). La introduccin de un peso saturado y de la permeabilidad no es relevante en el caso de los materiales no porosos. El comportamiento no poroso (Non-porous) puede tambin estar asociado a interfaces. Para bloquear completamente el flujo a travs de muros de tablestacas o de otras estructuras impermeables, las interfaces de alrededor pueden tener un conjunto de datos independiente en el que el tipo del material se ponga en no poroso (Non-porous).

Peso saturado y no saturado (sat y unsat )El peso saturado y el no saturado hacen referencia al peso total por unidad de volumen del suelo incluyendo el lquido intersticial. El peso no saturado unsat se aplica a todo el material que est por encima del nivel fretico y el peso saturado sat a todo el material que se encuentra por debajo del nivel fretico. Los pesos por unidad de volumen se introducen bajo la forma de fuerza por unidad de volumen. En el caso de un material no poroso, slo es relevante el peso no saturado. el cual es simplemente el peso total por unidad de volumen. En el caso de los suelos porosos el peso no saturado es obviamente menor que el peso saturado. En las arenas, por ejemplo, el peso saturado est por lo general alrededor de los 20 kN/m3 mientras que el peso no saturado puede ser significativamente inferior, dependiendo del grado de saturacin. Tngase en cuenta que en situaciones prcticas los suelos no estn nunca completamente secos. Por lo tanto, es aconsejable no introducir el peso por unidad de volumen como completamente seco para unsat. Por ejemplo, las arcillas que estn por encima del nivel fretico pueden estar casi totalmente saturadas debido al efecto de la capilaridad. Otras zonas por encima del nivel fretico pueden estar parcialmente saturadas. Sin embargo, las presiones intersticiales por encima del nivel fretico se establecen siempre como iguales a cero. De esta manera dejan de tenerse en cuenta las tensiones de traccin debidas a la capilaridad. Los pesos pueden activarse por medio del parmetro Mweight durante la generacin del estado inicial de tensiones (K0-procedure) (Seccin 3.9.3) o mediante la aplicacin de la Carga gravitatoria (Gravity loading) durante la fase de Clculo.

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MANUAL DE REFERENCIA

Permeabilidades (kx y ky)Las permeabilidades tienen dimensiones de velocidad (unidad de longitud por unidad de tiempo). La introduccin de los parmetros de permeabilidad slo es necesaria para los anlisis de consolidacin y los clculos de flujo. En este caso es necesario especificar las permeabilidades correspondientes a todos los dominios, incluyendo las capas casi impermeables que estn consideradas como totalmente impenetrables. PLAXIS distingue entre la permeabilidad horizontal, kx, y la permeabilidad vertical, ky, dado que en algunos tipos de suelo (por ejemplo, la turba) puede haber una diferencia significativa entre ambas. En los suelos reales, la diferencia entre las permeabilidades de las diversas capas puede ser muy grande. Sin embargo, deber tenerse cuidado cuando se introduzcan en un modelo de elementos finitos permeabilidades muy altas y otras muy bajas de forma simultnea, ya que esto podra dar lugar a un mal condicionamiento de la matriz de flujo. Con el fin de obtener unos resultados precisos, la relacin entre el valor de la permeabilidad ms alta y ms baja no debera ser superior a 105. Para simular un material casi impermeable (por ejemplo, hormign o roca no agrietada) el usuario deber introducir una permeabilidad que sea baja con respecto del suelo a su alrededor en lugar de introducir la permeabilidad real. En general, un factor de 1000 ser suficiente para obtener unos resultados satisfactorios.

Propiedades generales avanzadas (Advanced general properties)Se puede hacer clic en el botn de Advanced que hay en la pestaa General para introducir algunas propiedades adicionales correspondientes a una modelizacin avanzada. Como resultado de ello, aparecer una ventana adicional como la que se muestra en la Figura 3.23.

Figura 3.23 Ventana de las propiedades generales avanzadas Es posible, por ejemplo, tener en cuenta la variacin de la permeabilidad durante un anlisis de consolidacin. Esa variacin puede controlarse mediante el parmetro ck y el ndice de poros. 3-44 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR

Variacin de la permeabilidad (ck ):Por defecto, el valor de ck en el recuadro de la Variacin de la permeabilidad (Change of permeability) es igual a 1015, lo cual significa que no se tiene en cuenta una variacin de la permeabilidad. Al introducir otro valor, la permeabilidad variar de acuerdo con la frmula:

k e log = k c k 0En donde e es la variacin en el ndice de poros (Void ratio), k es la permeabilidad instantnea aplicada en ese momento el clculo y k0 es el valor de entrada de la permeabilidad en el conjunto de datos inicial (= kx y ky). Se recomienda utilizar una permeabilidad variable slo en combinacin con el modelo de Suelo Blando con fluencia. En ese caso, el valor de ck es por lo general del orden del ndice de compresin Cc. Para todos los dems modelos, el valor de ck deber dejarse en su valor por defecto de 1015.

ndice de poros (Void ratio) (einit, emin, emax ):El ndice de poros e est relacionado con la porosidad, n (e = n / (1-n)). Este parmetro interviene en el clculo en algunas ocasiones. El valor inicial, einit, es el valor en la situacin inicial. El ndice de poros real se calcula en cada una de las fases del clculo a partir del valor inicial y de la deformacin volumtrica v. Adems de einit, se pueden introducir un valor mnimo, emin, y un valor mximo, emax. Estos valores estn relacionados con la densidad mxima y mnima que pueda alcanzar el suelo. Cuando se utiliza el modelo de Suelo con Endurecimiento (Hardening Soil) con un determinado valor (positivo) de la dilatancia, la dilatancia movilizada es puesta a cero tan pronto como se alcanza el ndice de poros mximo (esto se denomina supresin de la dilatancia). En de otros modelos esta opcin no se encuentra disponible. Para evitar la supresin de la dilatancia en el modelo de Suelo con Endurecimiento, la opcin puede ser desactivada en la ventana de las Propiedades generales avanzadas (Advanced general properties).

Mdulo de Young (E)PLAXIS utiliza el mdulo de Young como mdulo de rigidez bsico en el modelo elstico y en el modelo de Mohr-Coulomb, pero tambin se facilita informacin sobre algunos mdulos de rigidez alternativos. Un mdulo de rigidez tiene las dimensiones de una tensin (fuerza por unidad de superficie). Los valores del parmetro de rigidez adoptados en un clculo requieren una atencin especial, dado que muchos geomateriales ponen de manifiesto un comportamiento no lineal desde el mismo comienzo de la carga.

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MANUAL DE REFERENCIA

Figura 3.24 Ventana de conjunto de datos de un material tipo Suelo e Interfaces (pestaa Parameters del modelo de Mohr-Coulomb) En mecnica del suelo, el mdulo inicial se indica usualmente como E0 y el mdulo secante al 50% de la resistencia a compresin se denomina E50 (Figura 3.25). En el caso de arcillas altamente sobre-consolidadas y de algunas rocas con un gran margen elstico lineal, es realista utilizar E0 mientras que en el caso de arenas y de arcillas casi normalmente consolidadas sometidas a carga es ms apropiado utilizar E50.|1-3| E0 1 E50 1

strain -1

Figura 3.25 Definicin de E0 y E50 En el caso de los suelos, tanto el mdulo inicial como el mdulo secante tienen tendencia a aumentar con la presin de confinamiento. De aqu que las capas de suelo profundas tiendan a tener una rigidez mayor que las capas superficiales. Adems, la rigidez observada depende de la trayectoria de tensiones que se sigue, La rigidez es 3-46 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR mucho ms elevada en caso de descarga-recarga que en la carga noval. Asimismo, la rigidez del suelo observada en trminos del mdulo de Young es por lo general inferior para la compresin drenada que para el corte. De aqu que cuando se utilice un mdulo de rigidez constante para representar el comportamiento del suelo se deber elegir un valor que sea coherente con el nivel de tensiones y con la trayectoria que se espera que sigan esas tensiones. Tngase en cuenta que una parte de la dependencia del comportamiento del suelo con las tensiones es tenida en cuenta en los modelos avanzados de PLAXIS que se describen en manual de Modelos de Materiales. En el caso del modelo de Mohr-Coulomb, PLAXIS ofrece una opcin especial para la introduccin de una rigidez creciente con la profundidad (vase Advanced parameters).

Coeficiente de Poisson ()Los ensayos triaxiales drenados estndar pueden producir una tasa significativa de disminucin del volumen desde el mismo inicio de la carga axial y, por consiguiente, un valor inicial bajo del coeficiente de Poisson (0). En algunos casos, tales como problemas de descarga particulares, puede ser realista hacer uso de este valor inicial bajo, pero en trminos generales es recomendable el uso de un valor ms elevado cuando se utiliza el modelo Mohr-Coulomb. La determinacin del coeficiente de Poisson es particularmente simple cuando se utiliza el modelo elstico o el modelo de Mohr-Coulomb para la carga de gravedad (incrementando Mweight de 0 a 1 en un clculo plstico). Para este tipo de carga, PLAXIS dar unos valores realistas para el coeficiente de empuje al reposo K0 = h / v. Dado que ambos modelos darn la bien conocida relacin de h / v = / (1-) para la compresin unidimensional, resulta fcil determinar un coeficiente de Poisson que d un valor realista de K0. De aqu que se evale por concordancia con K0. Este tema est tratado de una forma ms amplia en el Apndice A, donde se considera la generacin de estados tensionales iniciales. En muchos casos, se obtendrn valores de dentro del margen de 0.3 a 0.4. En general, dichos valores pueden tambin ser utilizados para condiciones de carga que no sean la de la compresin unidimensional. En el caso del comportamiento no drenado, se aconseja introducir el valor del coeficiente de Poisson en efectivas y seleccionar Undrained como tipo del comportamiento del material. Hacindolo as, PLAXIS aadir de forma automtica una rigidez aparente para el lquido intersticial basada en el coeficiente de Poisson no drenado por defecto: 0.495 (Vase la pgina 3-41, Comportamiento no drenado). En este caso, el coeficiente de Poisson en efectivas, tal como se ha introducido aqu, deber ser menor de 0.35. La utilizacin de valores superiores del coeficiente de Poisson implicara que el agua no sera suficientemente rgida con respecto al esqueleto del suelo para simular el comportamiento no drenado.

Parmetros de rigidez alternativosAdems del mdulo de Young, PLAXIS permite la introduccin de mdulos de rigidez alternativos, tales como el mdulo de corte, G, y el mdulo edomtrico, Eoed. Estos 3-47

MANUAL DE REFERENCIA mdulos de rigidez estn relacionados con el mdulo de Young de acuerdo con la ley de Hooke de la elasticidad istropa, que incluye el coeficiente de Poisson, :

G=

E 2(1 + )

Eoed =

(1 )E (1 2 )(1 + )

Cuando se introduce uno de los parmetros de rigidez alternativos, PLAXIS retendr el coeficiente de Poisson introducido y calcular el mdulo de Young correspondiente.

Cohesin (c)La resistencia cohesiva tiene las dimensiones de una tensin. PLAXIS puede tratar las arenas sin cohesin (c = 0), pero algunas de las opciones no funcionarn bien. Para evitar complicaciones, se aconseja a los usuarios no experimentados que introduzcan al menos un valor pequeo (usar c > 0.2 kPa). PLAXIS ofrece una opcin especial para la introduccin de capas en las que la cohesin se incrementa con la profundidad (vase Advanced parameters).

ngulo de friccin ()El ngulo de friccin, (fi), se introduce en grados. Los ngulos de friccin elevados, como los que a veces se obtienen en el caso de arenas densas, incrementarn de manera sustancial la dificultad de los clculos plsticos.shear stress

- 1 - 3 - 2 c - 3 - 2 normal - 1 stress

Figura 3.26 Crculos de Mohr en rotura; uno de ellos toca la envolvente de MohrCoulomb El tiempo de clculo se incrementa ms o menos exponencialmente con el ngulo de friccin. Por lo tanto, debern evitarse los ngulos de friccin elevados cuando se lleven a cabo los clculos preliminares para un proyecto en particular. El tiempo de clculo tiende a hacerse elevado cuando se utilizan ngulos de friccin de ms de 35 grados. El ngulo de friccin determina en gran medida la resistencia a a las tensiones de corte, tal como se muestra en la Figura 3.26 por medio de los crculos de Mohr en tensiones. Una representacin ms general del criterio de rotura se muestra en la Figura 3.27. El criterio de rotura Mohr-Coulomb ha demostrado ser mejor para describir el 3-48 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR comportamiento del suelo que la aproximacin de Drucker-Prager, ya que la superficie de rotura de este ltimo tiende a ser inexacta en las configuraciones axisimtricas.

-1

- 3 -2Figura 3.27 Superficie de rotura Mohr-Coulomb en el espacio de tensiones principales para un suelo sin cohesin

ngulo de dilatancia ()El ngulo de dilatancia, (psi), se especifica en grados. Aparte de las capas fuertemente sobreconsolidadas, los suelos arcillosos tienden a no presentar ninguna dilatancia en absoluto (es decir, = 0). La dilatancia de la arena depende tanto de la densidad como del ngulo de friccin. En el caso de las arenas de cuarzo, el orden de magnitud es de - 30. En la mayor parte de los casos, sin embargo, el ngulo de dilatancia es cero para valores de de menos de 30. Un valor negativo pequeo para slo es realista en el caso de arenas extremadamente sueltas. Para una mayor informacin acerca de la relacin entre el ngulo de friccin y la dilatancia, vase la Referencia 3.

Parmetros de Mohr-Coulomb avanzadosCuando se utiliza el modelo de Mohr-Coulomb, se puede hacer clic en el botn de Advanced de la pestaa Parameters para introducir algunos parmetros adicionales correspondientes a una modelizacin avanzada. Como resultado de ello, aparece una ventana adicional tal como la que se muestra en la Figura 3.28. Es posible, por ejemplo, considerar el incremento de la rigidez y de la cohesin con la profundidad y limitar el valor mximo de les tensiones de traccin admisibles. De hecho, esta ltima opcin se 3-49

MANUAL DE REFERENCIA utiliza por defecto con un valor nulo para la mxima traccin, pero puede desactivarse aqu si as se desea.

Figura 3.28 Ventana de los parmetros de Mohr-Coulomb avanzados

Incremento de la rigidez (Eincrement ):En los suelos reales, la rigidez depende de manera significativa del estado tensional; por regla general, la rigidez aumentar con la profundidad. Cuando se utiliza el modelo de Mohr-Coulomb, la rigidez es un valor constante. Para tener en cuenta el incremento de la rigidez con la profundidad se puede utilizar el parmetro Eincrement-, que es el incremento del mdulo de Young por unidad de profundidad (expresado en unidades de tensin por unidad de profundidad). En el nivel dado por el parmetro yref y anteriores, la rigidez es igual al mdulo de Young de referencia, Eref, tal como se ha introducido en la pestaa Parameters. El valor real del mdulo de Young en los puntos de tensin por debajo de yref se obtiene a partir del valor de referencia y de Eincrement. No debe olvidarse que durante los clculos, el parmetro que controla el incremento de la rigidez con la profundidad no cambia en funcin del estado tensional.

Incremento de la cohesin (cincrement:):PLAXIS ofrece una opcin avanzada para la introduccin de capas arcillosas en las que la cohesin se incrementa con la profundidad. Para tener en cuenta el incremento de la cohesin con la profundidad, se puede utilizar el valor cincrement, que es el incremento de la cohesin por unidad de profundidad 3-50 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR (expresado en unidades de tensin por unidad de profundidad). Al nivel dado por el parmetro yref y anteriores, la cohesin es igual a la cohesin de referencia, cref, tal como se haya introducido en la pestaa Parameters. El valor real de la cohesin en los puntos de tensin por debajo de yref se obtiene a partir del valor de referencia y de cincrement.

Parmetro B de Skempton:Cuando Material type (tipo de comportamiento del material) se pone en Undrained, PLAXIS asume automticamente un mdulo de compresibilidad no drenado implcito, Ku, para el suelo en su conjunto (esqueleto del suelo + agua) y distingue entre tensiones totales, tensiones efectivas y excesos de presin intersticial (vase Comportamiento no drenado): Tensin total: Tensin efectiva:

p = K u

p = (1 B)p = K K w n

Exceso de presin intersticial: p w = Bp =

Tngase en cuenta que en el conjunto de datos del material se debern introducir los parmetros efectivos del modelo, es decir, E', ', c', ' y no Eu, u, cu (su), u. El mdulo de compresibilidad sin drenaje es calculado de forma automtica por PLAXIS utilizando la ley de la elasticidad de Hooke:

Ku =y

2G (1 + u ) en donde 3(1 2 u )

G=

E' 2(1 + ' )

u = 0.495(cuando se utilizan los parmetros estndar (Standard setting)) o

u =

3 '+ B(1 2 ' ) 3 B(1 2 ' )

(cuando los parmetros se introducen manualmente (Manual setting)) Un valor particular del coeficiente de Poisson sin drenaje, u, implica una rigidez aparente de referencia correspondiente del lquido intersticial, Kw,ref / n:

3-51

MANUAL DE REFERENCIA

K w,ref n

= Ku K '

en donde

K'=

E' 3(1 2 ' )

Este valor de Kw,ref / n es por lo general mucho ms pequeo que la rigidez aparente real del agua pura, Kw0 (= 2106 kN/m2). Si no se conoce el valor del parmetro B de Skempton, pero se conocen en su lugar el grado de saturacin, S, y la porosidad, n, la rigidez aparente del esqueleto del suelo puede ser estimada a partir de:0 Kw K w K air 1 = 0 n SK air + ( 1 S)K w n

y Kair = 200 kN/m2 para el aire a la presin atmosfrica. El valor del parmetro B de Skempton puede ahora ser calculado a partir de la relacin entre la rigidez aparente del esqueleto del suelo y la del lquido intersticial:

B=

1 nK' 1+ Kw

en donde

K' =

E' 3( 1 2')

Supresin de tracciones (Tension cut-off):En algunos problemas prcticos puede suceder que en algunos puntos aparezcan tensiones de traccin. Segn la envolvente de rotura Mohr-Coulomb que se muestra en la Figura 3.26 esto se produce cuando la mxima tensin tangencial (dada por el radio del crculo de Mohr) es suficientemente pequea. Sin embargo, la superficie del suelo junto a una zanja en arcilla presenta a veces grietas por traccin. Esto indica que el suelo puede tambin fracturarse por traccin en vez de por corte. Este comportamiento puede incluirse en una anlisis con PLAXIS seleccionando la Supresin de tracciones (Tension cut-off). En este caso, los crculos de Mohr con tensiones principales positivas no son admitidos. Cuando se selecciona la supresin de las tracciones, se puede introducir la Resistencia a la traccin (Tensile strength) admisible. En el caso del modelo de Mohr-Coulomb y en el del modelo del Suelo con Endurecimiento la supresin de tracciones est, por defecto, seleccionada con una resistencia a la traccin de cero.

Resistencia de las interfaces (Rinter )Se utiliza un modelo elstico-plstico para describir el comportamiento de interfaces dentro del contexto de la modelizacin de la interaccin suelo-estructura. El criterio de Coulomb es utilizado para distinguir entre el comportamiento elstico, en el que pueden producirse pequeos desplazamientos dentro de la interfaz, y el comportamiento plstico de la misma, que puede dar lugar a un deslizamiento permanente. 3-52 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR

Figura 3.29 Ventana del conjunto de materiales del Suelo y las Interfaces (pestaa Interfaces) Para que la interfaz permanezca elstico, la tensin tangencial deber verificar: < n tani + ci mientras que un comportamiento plstico implicar: = n tani + ci donde i y ci son el ngulo de friccin y la cohesin (adherencia) de la interfaz. Las propiedades resistentes de las interfaces estn relacionadas con las propiedades resistentes de una capa de suelo. Cada conjunto de datos tiene un factor de reduccin de la resistencia asociado a las interfaces (Rinter). Las propiedades de las interfaces se calculan a partir de las propiedades del suelo en el conjunto de datos asociado y del factor de reduccin de la resistencia aplicando las reglas siguientes:

ci = Rinter csoil

tani = Rinter tansoil tansoil

i = 0 para Rinter < 1, en otro caso i = soilAdems del criterio en trminos de tensiones tangenciales de Coulomb, el criterio de supresin de las tracciones, tal como antes se ha descrito, se aplica tambin a las interfaces (si no estn desactivadas): 3-53

MANUAL DE REFERENCIA

n < t,i = Rinter t,soilen donde t,soil es la resistencia la traccin del suelo. La resistencia de las interfaces puede establecerse haciendo uso de las opciones siguientes:

Rgido (Rigid):Se utiliza esta opcin cuando se quiere que la interfaz no altere la resistencia del suelo que le rodea. Por ejemplo, las interfaces que se disponen alrededor de esquinas de objetos estructurales (Figura 3.13) no pretenden reproducir la interaccin suelo-estructura y no habrn de tener unas propiedades de resistencia reducidas. Estas interfaces debern quedar establecidas como Rgidas (Rigid) (que corresponde a Rinter = 1.0). Como resultado de ello, las propiedades de las interfaces, incluyendo el ngulo de dilatancia i, son las mismas que las propiedades del suelo en el conjunto de datos, excepto por lo que respecta al coeficiente de Poisson i.

Manual (Manual):Los parmetros resistentes de la interfaz pueden introducirse manualmente mediante la variable Rinter (opcin Manual). En general, para una interaccin real suelo-estructura la interfaz es ms dbil y ms flexible que la capa de suelo asociada, lo cual significa que el valor de Rinter deber ser inferior a 1. En la documentacin existente pueden encontrarse los valores adecuados para Rinter en el caso de la interaccin entre diversos tipos se suelo y de estructuras en el suelo. En ausencia de una informacin detallada, puede suponerse que Rinter es del orden 2/3. Un valor de Rinter superior a 1 no debera ser utilizado en situaciones normales. Cuando la interfaz es elstica, cabe esperar que se produzcan tanto un deslizamiento (movimiento relativo paralelo a la interfaz) como separacin o superposicin (es decir, desplazamientos relativos perpendiculares a la interfaz). Las magnitudes de estos desplazamientos son:Desplazamiento de separacin elstico =

tiE oed,i

Desplazamiento de deslizamiento elstico =

tiGi

en donde Gi es el mdulo a corte de la interfaz, Eoed,i es el mdulo de compresin unidimensional de la interfaz y ti es el espesor virtual de la interfaz, generado durante la creacin de interfaces en el modelo geomtrico. Los3-54 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR mdulos de corte y de compresin estn relacionados por medio de las expresiones:

Eoed ,i = 2 Gi2

1 - i 1 - 2 i

Gi = Rinter Gsoil Gsoil

i = 0.45Est claro a partir de estas ecuaciones que si se asignan valores bajos a los parmetros elsticos los desplazamientos pueden ser excesivamente grandes. Si los valores de los parmetros elsticos son demasiado grandes, sin embargo, ello puede dar como resultado un tratamiento numrico deficiente. El factor clave en la rigidez es el espesor virtual. Este valor es elegido automticamente de tal manera que se obtenga una rigidez adecuada. El usuario puede modificar el espesor virtual. Esto puede hacerse desde la ventana de propiedades que aparece despus de hacer doble clic en una interfaz (Seccin 3.3.5).

Espesor real de una interfaz (Real interface thickness) (inter )El espesor real de una interfaz, inter, es un parmetro que representa el espesor real de una zona de corte entre una estructura y el suelo. El valor de inter slo es relevante cuando se utilizan las interfaces en combinacin con el modelo de Suelo con Endurecimiento (Hardening Soil). El espesor real de la interfaz se expresa en unidades de longitud y es por regla general del orden de algunas veces el tamao de grano medio. Este parmetro se utiliza para calcular el cambio en el ndice de poros en las interfaces en relacin a la opcin de supresin de la dilatancia. La supresin de dilatancia en las interfaces puede ser importante para un clculo correcto de la capacidad portante de los pilotes para subpresin.

Interfaces debajo o alrededor de esquinas de estructurasCuando las interfaces se extienden por debajo o alrededor de esquinas de estructuras para evitar oscilaciones de las tensiones (Seccin 3.3.5), dichas interfaces extendidos no se introducen con la intencin de modelizar la interaccin suelo-estructura, sino slo para permitir una flexibilidad suficiente. As pues, cuando se utiliza Rinter < 1 para estos elementos de interfaz se est suponiendo una reduccin no realista de la resistencia del terreno. Esto puede conducir a resultados poco crebles e incluso a la rotura. Por lo tanto, se aconseja crear un conjunto de datos por separado con Rinter = 1 y asignar este conjunto de datos slo a dichos elementos de interfaz en particular. Esto puede hacerse atribuyendo el conjunto de datos apropiado a las interfaces individuales (lneas de trazos) en vez de atribuirlos al dominio de suelo asociado (las lneas de trazos debern parpadear en rojo; el dominio de suelo asociado puede no cambiar de color). Alternativamente, se puede hacer clic con el botn derecho del ratn sobre estos 3-55

MANUAL DE REFERENCIA elementos de interfaz y, a travs de la opcin Properties, seleccionar Positive interface element o Negative interface element; a continuacin debe pulsarse el botn de Change en la ventana de propiedades de las interfaces, despus de lo cual se puede asignar el conjunto de datos apropiado al elemento de interfaz.

Permeabilidad de las interfacesLas interfaces no tienen una permeabilidad asociada sino que son, por defecto, totalmente impermeables. De esta manera las interfaces pueden ser utilizados para bloquear el flujo perpendicular a las mismas en un anlisis de consolidacin o en clculo de circulacin de aguas subterrneas, por ejemplo para simular la presencia de una pantalla impermeable. Esto se consigue por medio de una separacin completa de los grados de libertad de las presiones intersticiales de los pares de nodos de las interfaces. Por otra parte, si hay interfaces presentes en la malla, puede ser intencin del usuario evitar de manera explcita cualquier influencia de la interfaz sobre el flujo y la distribucin de las (sobre)presiones intersticiales, como por ejemplo en las interfaces alrededor de esquinas de estructuras (Seccin 3.3.5). En un caso as, la interfaz deber ser desactivada en el mdulo de determinacin de las condiciones de contorno para el flujo. Esto puede hacerse separadamente para un anlisis de consolidacin y un calculo de circulacin de aguas subterrneas. En el caso de las interfaces no activas, los grados de libertad de la presin intersticial de sus pares de nodos estn totalmente acoplados. En conclusin:

Una interfaz activa es totalmente impermeable (separacin de los grados de libertad de las presiones intersticiales de los pares de nodos). Una interfaz inactiva es totalmente permeable (acoplamiento de los grados de libertad de las presiones intersticiales de los pares de nodos).

En versiones anteriores de PLAXIS se daba a las interfaces una permeabilidad fsica perpendicular al interfaz, kn, y una permeabilidad en la direccin longitudinal, ks, al tiempo que se utilizaban factores para hacer a las interfaces relativamente permeables o relativamente impermeables. Este enfoque poda dar lugar a unos resultados insatisfactorios (un flujo significativo a travs de interfaces impermeables o problemas de numricos). Teniendo en cuenta que la permeabilidad de las interfaces es una propiedad puramente numrica y no una propiedad fsica, hemos decidido adoptar un nuevo enfoque, que es el que antes se ha descrito. La opcin de las versiones anteriores de PLAXIS para establecer la permeabilidad de las interfaces en Drenes (Drain) ha desaparecido, dado que se encuentra ahora disponible un elemento especial para drenes (Seccin 3.4.7).

Conjuntos de datos de materiales para placasLas placas se utilizan para modelizar el comportamiento de muros, placas o lminas, todos ellos esbeltos. Puede hacerse distincin entre el comportamiento elstico y el elastoplstico.

3-56

PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR

Propiedades de rigidezPara el comportamiento elstico, debern especificarse como propiedades del material una rigidez axial, EA, y una rigidez a la flexin, EI. Tanto en los modelos axisimtricos como en los de deformacin plana, los valores de EA y de EI se refieren a una rigidez por unidad de anchura en direccin perpendicular al plano. De aqu que la rigidez axial, EA, se d en unidades de fuerza por unidad de anchura y la rigidez a la flexin, EI, se d en unidades de fuerza por longitud al cuadrado por unidad de anchura. A partir de la relacin entre EI y EA se calcula automticamente el espesor de una placa equivalente (deq) a partir de la ecuacin:

d eq = 12

EI EA

Para la modelizacin de placas, PLAXIS utiliza la teora de vigas de Mindlin que se describe en la Referencia 2. Esto significa que adems de la flexin se tiene en cuenta la deformacin por corte. La resistencia al corte de la placa se determina a partir de:Resistencia al corte

=

5 E ( d eq 1 m ) 5 EA = 12 (1 + ) 12 (1 + )

Esto implica que la resistencia al corte se determina suponiendo que la placa tiene una seccin transversal rectangular. En el caso de que se modelice un muro de rigidez elevada, esto dar la deformacin de corte correcta. Sin embargo, en el caso de elementos de perfiles de acero, como los muros de tablestacas, la deformacin de corte calculada puede ser demasiado grande. Se puede comprobar esto juzgando el valor de deq. En el caso de elementos de perfiles de acero, deq deber ser como mnimo del orden de un factor 10 veces ms pequeo que la longitud de la placa para asegurar unas deformaciones de corte despreciables.

Coeficiente de PoissonAdems de los parmetros de rigidez anteriores se requiere un coeficiente de Poisson, . Para estructuras delgadas con un determinado perfil o estructuras que sean relativamente flexibles en la direccin perpendicular al plano (como los muros de tablestacas), es aconsejable dar al coeficiente de Poisson un valor cero. En el caso de estructuras realmente masivas (como los muros de hormign) es ms realista introducir un coeficiente de Poisson del orden de 0.15. Dado que PLAXIS trabaja con placas (que se extienden en la direccin perpendicular al plano) ms que con vigas (estructuras unidimensionales), el valor del coeficiente de Poisson influir en la rigidez a flexin de la placa como sigue:

Valor de entrada de la rigidez a flexinValor observado de la rigidez a flexin

EI EI 1 23-57

MANUAL DE REFERENCIA El efecto de rigidizacin del coeficiente de Poisson es causado por la tensin en la direccin perpendicular al plano (zz) y por el hecho de que se impiden las deformaciones en esta direccin.

PesoEn un conjunto de datos del material para placas se puede especificar un peso especfico, que se introduce como una fuerza por unidad de superficie. En el caso de estructuras relativamente masivas esta fuerza se obtiene, en principio, multiplicando el peso unitario del material de la placa por el espesor de la misma. Tngase en cuenta que en un modelo de elementos finitos, las placas van colocadas sobre un continuo y, por lo tanto, se superponen al suelo. Para calcular de una forma precisa el peso total de suelo y estructuras en el modelo, el peso unitario del suelo deber ser restado del peso unitario del material de la placa. En el caso de muros de tablestacas, el peso (fuerza por unidad de superficie) es por lo general facilitado por el fabricante. Este valor puede ser adoptado directamente, dado que los muros de tablestacas ocupan por lo general un volumen relativamente reducido.

Mweight.

El peso de las placas se activa junto con el peso del suelo por medio del parmetro

Parmetros de resistencia (plasticidad)Puede tenerse en cuenta la plasticidad especificando un momento de flexin mximo, Mp. El momento de flexin mximo se da en unidades de fuerza multiplicada por longitud por unidad de anchura. Adems del momento de flexin mximo, el esfuerzo axil es limitado a Np. El esfuerzo axil mximo, Np, se especifica en unidades de fuerza por unidad de anchura. Cuando se produce en una placa la combinacin de un momento de flexin y un esfuerzo axil, el momento de flexin o el esfuerzo axil que producen la plastificacin de la placa son inferiores respectivamente a Mp o Np. La relacin entre Mp y Np queda visualizada en la Figura 3.30. La forma de rombo representa las combinaciones finales de fuerzas para la que se producir la plastificacin. Las combinaciones de fuerzas dentro del rombo darn como resultado nicamente deformaciones elsticas. En el Manual Cientfico se describe con ms detalle la forma en que PLAXIS trata la plasticidad en las placas. Por defecto, el momento mximo se establece en 11015 unidades si el tipo de material est establecido en elstico (esa es la clasificacin por defecto). Los momentos de flexin y los esfuerzos axiles se calculan a partir de las tensiones en los puntos de tensin de los elementos de la viga (Figura 3.7). Si se sobrepasa Mp o Np, las tensiones son redistribuidas de acuerdo con la teora de la plasticidad, de forma que se respeten los mximos. Esto dar como resultado deformaciones irreversibles. Los valores resultantes de los momentos de flexin y esfuerzos axiles se dan en los nodos, lo cual requiere la extrapolacin de los valores en los puntos de tensin. Debido a la posicin de los puntos de tensin en un elemento de viga, es posible que los valores nodales del momento de flexin puedan exceder ligeramente Mp.

3-58

PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADORN Np

M Mp Mp

Np

Figura 3.30 Combinaciones de momento de flexin y esfuerzo axil mximos Es posible cambiar el conjunto de datos de los materiales de una placa en el marco de la Construccin por etapas (Staged construction). Sin embargo, es muy importante que la relacin de EI / EA no sea modificada, ya que esto introducira fuerzas desequilibradas (Seccin 3.3.2).3.5.4 CONJUNTOS DE DATOS PARA GEOMALLAS

Las geomallas son elementos elsticos flexibles que representan un entramado o lmina de tejido. Las geomallas no pueden soportar fuerzas de compresin. La nica propiedad en un conjunto de datos de geomalla es la rigidez axial elstica, EA, introducida en unidades de fuerza por unidad de anchura. La rigidez axial, EA, es facilitada por lo general por el fabricante de la geomalla y puede ser determinada a partir de diagramas en los que se representa la elongacin de la geomalla en funcin de la fuerza aplicada en direccin longitudinal. La rigidez axial es la relacin entre la fuerza axial por unidad de anchura y la deformacin axial (l/l en donde l es la elongacin y l es la longitud).

EA =

F l l

3.5.5

CONJUNTOS DE DATOS PARA ANCLAJES

Un conjunto de datos del material para anclajes puede contener las propiedades de anclajes de nodo a nodo as como de los anclajes con un extremo fijo. En ambos casos, el anclaje es tan slo un elemento elstico. La propiedad principal de los anclajes es la rigidez axial, EA, que debe introducirse en unidades de fuerza y no en unidades de fuerza por unidad de anchura en la direccin perpendicular al plano. Para calcular una rigidez equivalente por unidad de anchura, debe introducirse la separacin entre anclajes, Ls. Si el tipo de material est seleccionado como elastoplstico, dos fuerzas de 3-59

MANUAL DE REFERENCIA anclaje mximas, Fmax,tens (fuerza de traccin mxima) y Fmax,comp (fuerza de compresin mxima) pueden ser introducidas en unidades de fuerza. De la misma manera que la rigidez, las fuerzas de anclaje mximas se dividen por la separacin entre anclajes con el fin de obtener la fuerza mxima correcta en un anlisis de deformacin plana. Si el tipo del material est establecido en elstico (esa es la clasificacin por defecto) las fuerzas mximas son establecidas en 11015 unidades. Los anclajes pueden ser pretensados durante el clculo utilizando la Construccin por etapas (Staged construction). En un clculo de este tipo, la fuerza de pretensado para una fase determinada del clculo puede darse directamente en la ventana de propiedades de los anclajes. No se considera la fuerza de pretensado como una propiedad del material y por lo tanto no est incluida en el conjunto de datos de los anclajes.3.5.6 ASIGNACIN DE CONJUNTOS DE DATOS A LOS COMPONENTES DE LA GEOMETRA

Despus de la creacin de todos los conjuntos de datos de los materiales para las diversas capas de suelo y estructuras se les deber asignar a los componentes correspondientes. Esto puede llevarse a cabo de diferentes maneras. El primer mtodo se basa en la apertura de una ventana de conjuntos de datos de materiales en la que se muestran los diferentes conjuntos. El conjunto de datos deseado puede ser arrastrado (seleccionndolo y manteniendo pulsado el botn izquierdo del ratn) hasta la zona de dibujo y dejado sobe el componente deseado. Puede verse por la forma del cursor si el punto escogido para dejar el conjunto de datos es vlido o no. Tngase en cuenta que los conjuntos de datos de materiales no pueden ser arrastrados directamente desde la lista de conjuntos de datos de la base de datos global. El segundo mtodo consiste en hacer doble clic sobre el componente que se desea. Como resultado de ello, aparece la ventana de propiedades en la que se muestra el conjunto de datos correspondiente a ese componente. Si no se ha asignado un conjunto de datos a ese componente aparece en el recuadro del conjunto de datos correspondiente la indicacin (No asignado). Al hacer clic en el botn de Change aparece la ventana de los conjuntos de datos de materiales desde la cual se puede seleccionar el conjunto requerido. El conjunto de datos deseado puede ser arrastrado desde la lista de conjuntos de datos de la base de datos del proyecto y dejado en la ventana de propiedades. Alternativamente, despus de la seleccin del conjunto de datos requerido, se le puede asignar al componente geomtrico seleccionado haciendo clic en el botn de Apply de la ventana de conjuntos de datos de materiales. En este caso, la ventana de los conjuntos de datos permanece abierta. Cuando en vez de ello se hace clic en el botn de OK, el conjunto de datos es tambin asignado al componente geomtrico seleccionado y la ventana de los conjuntos de datos se cierra a continuacin. El tercer mtodo consiste en desplazar el cursor hasta un componente geomtrico y hacer clic con el botn derecho del ratn. A travs del men del cursor (properties) se puede seleccionar el componente geomtrico deseado. Como resultado aparece la ventana de propiedades. A partir de aqu, el proceso de seleccin del conjunto de datos apropiado es el mismo que para el segundo mtodo. 3-60 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR Despus de la asignacin de un conjunto de datos de material a un dominio de suelo, el dominio adquiere el color del correspondiente conjunto de datos. Por defecto, los colores de los conjuntos de datos tienen una intensidad baja. Para aumentar la intensidad de los colores de todos los conjuntos de datos, el usuario puede pulsar simultneamente en el teclado. Hay tres niveles de intensidad del color que pueden ser seleccionados de esta manera. Cuando los conjuntos de datos son asignados a objetos estructurales, dichos objetos parpadearn en rojo durante aproximadamente medio segundo para confirmar la correcta asignacin del conjunto de datos.3.6 GENERACIN DE LA MALLA

Una vez el modelo geomtrico est completamente definido y las propiedades de los materiales han sido asignadas a todos los dominios y objetos estructurales, la geometra ha de ser dividida en elementos finitos con el fin de llevar a cabo los consiguientes clculos. Una descomposicin del dominio del problema en elementos finitos se denomina malla. El tipo bsico de elemento de una malla es el elemento triangular de 15 nodos o el elemento triangulas de 6 nodos, tal como se ha descrito en la Seccin 3.2.2. Adems de estos elementos, hay elementos especiales para diferentes estructuras (placas, geomallas y anclajes), tal como se ha descrito en las Secciones de la 3.3.2 a la 3.3.7. PLAXIS dispone de un generador de malla totalmente automtico. Este generador es una versin especial del generador de mallas Triangle desarrollado por Sepra1. La generacin de la malla se basa en un robusto procedimiento de triangulacin, el cual da como resultado mallas no estructuradas. Estas mallas pueden parecer desordenadas, pero su rendimiento numrico es por lo general mejor que el de las mallas regulares (estructuradas). El generador de malla necesita de un modelo geomtrico compuesto por puntos, lneas y dominios; estos ltimos (zonas encerradas por lneas) son automticamente generados durante la creacin del modelo geomtrico. Pueden tambin utilizarse lneas y puntos geomtricos para condicionar la posicin y la distribucin de elementos. La generacin de la malla se inicia haciendo clic en el botn de generacin de mallas de la barra de herramientas o bien seleccionando la opcin de Generar (Generate) en el submen de Mallas (Mesh). La generacin se activa tambin directamente despus de la seleccin de una opcin de refinamiento en el submen Mesh. Despus de la generacin de la malla se activa el programa de Resultados (Output) y se muestra la malla. Aun cuando los elementos de interfaz tienen un espesor cero, los interfaces de la malla estn dibujados con un cierto espesor para poner de manifiesto las conexiones entre elementos de suelo e interfaces. Este grfico se denomina de conectividad (Connectivity plot) y est tambin disponible como opcin para la visualizacin de resultados (Seccin 5.9.4). El factor de escala (Seccin 5.4) puede ser utilizado para reducir el espesor grfico de las interfaces. Para regresar al programa de Introduccin (Input) debe pulsarse el botn de Update.1 Ingenieursbureau Sepra, Park Nabij 3, 2267 AX Leidschendam (NL)

3-61

MANUAL DE REFERENCIA3.6.1 TIPO BSICO DE ELEMENTO

El tipo bsico de elemento se introduce en la pestaa Project de la ventana de configuracin general (General Settings) del submen File. Al seleccionar Basic element type en el submen Mesh, se abre la ventana de configuracin general (General Settings) y el cursor queda posicionado en el parmetro Elements. El usuario puede seleccionar los elementos triangulares de 15 nodos o bien los de 6 nodos (Figura 3.4) como tipo bsico de elemento para modelizar las capas de suelo y otros dominios bidimensionales. El tipo de elemento para estructuras e interfaces es adoptado de forma automtica para que sea compatible con el tipo bsico de elemento de suelo.3.6.2 GRADO DE REFINAMIENTO GLOBAL

El generador de mallas requiere un parmetro general de formacin de malla que representa el tamao medio de los elementos, le. En PLAXIS este parmetro se calcula a partir de las dimensiones externas de la geometra (xmin, xmax, ymin, ymax ) y se define un grado de refinamiento global (Global coarseness) en el submen Mesh:

le =

(xmax xmin )( y max y min )nc

Se hace distincin entre cinco niveles de refinamiento global: Muy grosero (Very coarse), Grosero (Coarse), Medio (Medium), Fino (Fine), Muy fino (Very fine). Por defecto, el grado de refinamiento es Grosero (Coarse). El tamao medio de los elementos y el nmero de elementos triangulares generados depende de este grado de refinamiento global. A continuacin se facilita una estimacin aproximada (basada en una generacin de malla sin refinamiento local):Very coarse: Coarse: Medium: Fine: Very fine: nc = 25 nc = 50 nc = 100 nc = 200 nc = 400

Alrededor de 50 elementos Alrededor de 100 elementos Alrededor de 250 elementos Alrededor de 500 elementos Alrededor de 1000 elementos

El nmero exacto de elementos depende de la forma de la geometra y de los eventuales parmetros de refinamiento local. El nmero de elementos no est influenciado por el parmetro Type of elements, tal como se haya establecido en la configuracin general (General settings). Tngase en cuenta que una malla constituida por elementos de 15 nodos da una distribucin de nodos mucho ms fina y con ello unos resultados mucho ms precisos que una malla similar compuesta por un nmero igual de elementos de 6 nodos. Por otra parte, con el uso de elementos de 15 nodos se consume mucho ms tiempo de clculo que con la utilizacin de elementos de 6 nodos.

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PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR3.6.3 REFINAMIENTO GLOBAL

Una malla de elementos finitos puede ser refinada globalmente seleccionado la opcin de Refine global en el submen Mesh. Cuando se selecciona esta opcin, el grado de refinamiento global se incrementa en un nivel (por ejemplo, de Coarse a Medium) y la malla es regenerada de forma automtica.3.6.4 GRADO DE REFINAMIENTO LOCAL

En zonas en las que se esperan grandes concentraciones de tensiones o grandes gradientes de deformacin resulta deseable disponer de una malla de elementos finitos ms precisa (ms fina), mientras que otras partes de la geometra pueden no exigir una malla fina. Este tipo de situacin se produce con frecuencia cuando el modelo geomtrico incluye bordes, esquinas u objetos estructurales. En estos casos PLAXIS utiliza parmetros de control del grado de refinamiento local adems del grado de refinamiento global. El parmetro que controla el grado de refinamiento local es el factor Local element size, existiendo uno de esos parmetros por cada punto geomtrico. Estos factores proporcionan una indicacin del tamao relativo del elemento con respecto al tamao medio de los elementos determinado por el parmetro Global coarseness. Por defecto, el factor de Local element size se establece en 1.0 en todos los puntos geomtricos. Para reducir un elemento a la mitad del tamao medio de los elementos, deber fijarse el factor de Local element size en 0.5. El factor de tamao local de los elementos puede ser modificado haciendo doble clic en el punto geomtrico correspondiente. Alternativamente, cuando se hace doble clic en una lnea geomtrica, se puede establecer de forma simultnea el factor de tamao local de los elementos para ambos puntos de la lnea geomtrica. Son aceptables valores que se encuentren dentro del margen de 0.05 a 5.0.3.6.5 REFINAMIENTO LOCAL

En lugar de especificar factores locales de tamao de los elementos, se puede conseguir un refinamiento local seleccionando dominios, lneas o puntos y seleccionando a continuacin una opcin de refinamiento local en el submen Mesh. Cuando se seleccionan uno o ms dominios, el submen Mesh permite utilizar la opcin de Refine cluster. De una manera similar, cuando se seleccionan una o ms lneas geomtricas, el submen Mesh proporciona la opcin de Refine line. Cuando se seleccionan uno o ms puntos, se encuentra disponible la opcin de Refinar alrededor del punto (Refine around point). El uso de una de las opciones por primera vez dar un factor local de tamao de los elementos de 0.5 para todos los puntos geomtricos seleccionados o todos los puntos geomtricos que estn incluidos en los dominios o lneas seleccionados. El uso reiterado de la opcin de refinamiento local dar como resultado un factor local del tamao de los elementos que ser la mitad del factor actual; sin embargo, los valores mnimo y mximo quedan restringidos al intervalo que va de 0.05 a 5.0. Una vez seleccionada una de las opciones de refinamiento local, la malla es regenerada automticamente. 3-63

MANUAL DE REFERENCIA3.6.6 PRCTICAS ACONSEJABLES PARA LA GENERACIN DE MALLAS

Para llevar a cabo un clculo eficiente mediante elementos finitos puede realizarse un anlisis preliminar utilizando una malla relativamente grosera. Este anlisis puede usarse 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 deformacin. Esta informacin deber ser utilizada para la creacin de un modelo de elementos finitos refinado. Para crear de manera eficiente una malla de elementos finitos optimizada, se deber seleccionar en primer lugar el grado de refinamiento global (Global coarseness) requerido en el submen Mesh. Adems, cuando se desee un refinamiento local se deber empezar por el refinamiento de los dominios y despus efectuar el de las lneas y finalmente el de los puntos. Si se desea, se puede dar a los puntos un factor local directo de tamao de los elementos.3.7 CONDICIONES INICIALES

Una vez se ha creado el modelo geomtrico y se ha generado la malla de elementos finitos, deben especificarse el estado tensional y la configuracin inicial. Esto puede hacerse en el mdulo dedicado a la imposicin de las condiciones iniciales del programa de introduccin de datos. Este mdulo se divide en dos partes: un submdulo para la generacin de las presiones iniciales del agua (mdulo de condiciones iniciales referentes al flujo ) y un submdulo para la especificacin de la configuracin inicial de la geometra y la generacin del campo de tensiones efectivas iniciales (mdulo de configuracin de la geometra). El paso de uno a otro de esos mdulos se efecta por medio del conmutador de la barra de herramientas. El mdulo de las condiciones iniciales permite regresar al mdulo de creacin de la geometra, pero esto no deber por lo general hacerse, ya que parte de la informacin referente a las condiciones iniciales se perder.3.8 CONDICIONES INICIALES REFERENTES AL FLUJO

PLAXIS se utiliza por regla general para un anlisis de las tensiones efectivas estableciendo una clara distincin entre las presiones intersticiales activas, pactive, y las tensiones efectivas, '. Para las presiones intersticiales activas se establece una nueva distincin entre presiones intersticiales estacionarias, psteady, y excesos de presin intersticial, pexcess:pactive = psteady + pexcess

Los excesos de presin intersticial son los incrementos que se producen en las presiones intersticiales debido a la carga de dominios de suelo para los cuales el tipo de 3-64 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR comportamiento del material en el conjunto de datos correspondiente est especificado como No drenado (Undrained). En un clculo Plstico (Plastic), los excesos de presin intersticial slo pueden existir en estos dominios no drenados. Se puede utilizar un anlisis de consolidacin para calcular la generacin o la disipacin dependientes del tiempo de los excesos de presin intersticial. En este tipo de clculos, el desarrollo de excesos de presin viene determinado por los parmetros de Permeabilidad (Permeability) ms que por el tipo de comportamiento del material. Las presiones intersticiales estacionarias son las presiones intersticiales que representan una situacin hidrulica estable. Se obtiene una situacin de esta clase cuando las condiciones externas del agua se mantienen constantes a lo largo de un perodo prolongado. Para alcanzar un estado estacionario no es necesario que las presiones intersticiales, por s mismas, estn en equilibrio esttico (es decir, una superficie fretica horizontal), dado que las situaciones en las que se produce un flujo permanente pueden tambin dar lugar a un estado estable. Las presiones intersticiales estacionarias y las presiones externas de agua (denominadas simplemente presiones de agua), se generan dentro del mdulo de las condiciones iniciales referentes al flujo. Las presiones de agua pueden ser generadas fcilmente a partir de la fijacin de unos niveles freticos. Alternativamente, las presiones del agua pueden ser generadas por medio de un clculo de flujo. Este ltimo mtodo requiere la introduccin de condiciones de contorno sobre la altura piezomtrica del agua subterrnea, que se obtienen, por defecto, del nivel fretico general. Las presiones de agua pueden tambin ser obtenidas con un mdulo separado del programa PLAXIS especficamente diseado para clculos de flujo transitorio y no saturado. Este programa se encuentra disponible como una extensin de la Versin 8. Aun cuando el flujo transitorio no suele dar presiones intersticiales estacionarias, las presiones intersticiales que se obtienen con este programa son tratadas en un anlisis de deformacin como si lo fueran. El mdulo de las condiciones iniciales referentes al flujo puede ser omitido en aquellos proyectos que no impliquen presiones de agua. En este caso, se toma un nivel fretico general en la parte inferior del modelo y todas las presiones intersticiales y presiones externas del agua se consideran nulas.3.8.1 PESO DEL AGUA

En proyectos que impliquen la existencia de presiones intersticiales se requiere la introduccin del peso especfico del agua para distinguir entre tensiones efectivas y presiones intersticiales. Al entrar por vez primera en el mdulo de las condiciones iniciales referentes al flujo aparece una ventana en la que se puede introducir el peso del agua. El peso del agua puede tambin ser introducido seleccionando la opcin de Water weight en el submen Geometry. Por defecto, el peso especfico del agua se establece en 9.8 kN/m3 (o bien 0.062 klb/ft3).

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MANUAL DE REFERENCIA3.8.2 NIVELES FRETICOS

Las presiones intersticiales y las presiones externas del agua pueden ser generadas a partir de la fijacin de unos niveles freticos. Un nivel fretico representa una serie de puntos en los que la presin del agua es exactamente cero (la atmosfrica). Utilizando la introduccin de un nivel fretico, la presin del agua se incrementar de forma lineal con la profundidad de acuerdo con el peso del agua especificado (es decir, se supone que la variacin de la presin es hidrosttica). Antes de introducir un nivel fretico, el usuario debe introducir el peso correcto del agua. La opcin para la introduccin de niveles freticos puede ser seleccionada en el submen Geometry o bien haciendo clic en el correspondiente icono de la barra de herramientas. La introduccin de un nivel fretico es similar a la creacin de una lnea geomtrica (Seccin 3.3.1). Los niveles freticos son definidos por medio de dos o ms puntos. Los puntos pueden ser introducidos de izquierda a derecha (coordenada x creciente) o viceversa (coordenada x decreciente). Los puntos y las lneas se superponen en el modelo geomtrico, pero no interaccionan con el modelo. Los cruces de niveles freticos y de lneas geomtricas existentes no introducen puntos geomtricos adicionales. Si el nivel fretico no cubre todo el alcance de las x del modelo geomtrico, se considera que se extiende indefinidamente en ambas direcciones. Por encima del nivel fretico las presiones intersticiales sern cero, mientras que por debajo del mismo habr una distribucin hidrosttica de la presin intersticial, por lo menos cuando la presin del agua sea generada a partir de los niveles freticos. La generacin de las presiones del agua se lleva a cabo de hecho cuando se selecciona la opcin de Generate water pressures (Seccin 3.8.4)

Nivel fretico generalSi no est seleccionado ninguno de los dominios y se traza un nivel fretico, se considera que este nivel fretico es el Nivel fretico general (General phreatic level). Por defecto, el nivel fretico general se sita en la parte ms baja del modelo geomtrico; al introducir una nueva lnea, el nivel fretico antiguo es substituido. El nivel fretico puede ser utilizado para generar una distribucin hidrosttica simple de las presiones intersticiales para la totalidad de la geometra. El nivel fretico general es, por defecto, asignado a todos los dominios de la geometra. Si el nivel fretico general est fuera del modelo geomtrico y el lmite correspondiente es un lmite libre, las presiones externas del agua sern generadas a partir de esta superficie. Esto se aplica tambin a los lmites libres que se producen debido a la excavacin (desactivacin) de dominios de suelo en el marco de la Construccin por etapas (Staged construction). El programa de clculo tratar las presiones externas del agua como cargas repartidas y las mismas sern tenidas en cuenta junto con el peso del suelo y las presiones intersticiales a travs del parmetro Mweight. Las presiones externas del agua son calculadas de forma tal que se alcance el equilibrio de las presiones del agua a travs del lmite. Sin embargo, si el nivel fretico cruza el lmite en un punto geomtrico inexistente, las presiones externas del agua no pueden ser calculadas exactamente (Figura 3.31). 3-66 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR

inaccurate

accurate

Figura 3.31 Modelizacin exacta e inexacta de las presiones externas del agua Esto es debido a que el valor de la presin externa del agua slo est definido en los dos puntos finales de la lnea geomtrica y a que la presin slo puede variar de forma lineal a lo largo de una lnea geomtrica. De aqu que, para calcular con exactitud las presiones externas del agua, el nivel fretico general deber cruzar preferentemente el lmite del modelo en puntos geomtricos existentes. Esta condicin habr de ser tenida en cuenta cuando se cree el modelo geomtrico. Si es necesario, deber introducirse en el lmite de la geometra un punto geomtrico adicional a estos efectos. El nivel fretico general puede tambin ser utilizado para crear condiciones de contorno para la carga hidrosttica del agua subterrnea en el caso de que las presiones intersticiales se calculen a partir de un clculo de flujo (Seccin 3.8.3).

Nivel fretico de un dominioPara tener en cuenta una distribucin discontinua de la presin intersticial, se puede dar a cada dominio un Nivel fretico propio (Cluster phreatic level). De hecho, un nivel fretico de un dominio no es necesariamente un nivel fretico verdadero. En el caso de una capa de acufero, el nivel fretico de dominio representa la altura de la presin, es decir, el nivel cero virtual de las presiones intersticiales en dicha capa. Se puede asignar un nivel fretico a un dominio concreto seleccionando en primer lugar el dominio en cuestin y a continuacin la opcin de Phreatic level en la barra de herramientas o en el submen Geometry e introduciendo el nivel fretico mientras el dominio permanece seleccionado. Cuando se seleccionan mltiples dominios al mismo tiempo (manteniendo pulsada la tecla de las maysculas (Shift) del teclado) y se introduce un nivel fretico, esta lnea ser asignada a todos los dominios seleccionados . Los dominios para los cuales no se haya introducido ningn nivel fretico especfico mantienen el nivel fretico general. Para identificar qu nivel fretico corresponde a un dominio en particular, se puede seleccionar el dominio y ver qu nivel fretico aparece indicado en rojo. Si no aparece ningn nivel fretico indicado en rojo, es que fue elegida otra opcin para dicho dominio (vase ms adelante). Despus de hacer doble clic sobre un dominio en el mdulo de las condiciones iniciales referentes al flujo aparece la ventana de la Distribucin de las presiones intersticiales en el dominio (Cluster pore pressure distribution) en la que se indica por medio de botones de seleccin la forma en que sern generadas las presiones intersticiales para dicho dominio de suelo. Si, por error, se ha asignado al dominio un nivel fretico propio se le podr reasignar el nivel fretico general seleccionando la opcin de Nivel fretico 3-67

MANUAL DE REFERENCIA general (General phreatic level) en esta ventana. Como resultado de ello, el nivel fretico de ese dominio queda eliminado.

Figura 3.32 Ventana de la distribucin de presiones intersticiales en un dominio Adems de las opciones de nivel fretico general y de nivel fretico en un dominio, estn disponibles algunas otras opciones que se explican a continuacin.

Interpolacin de presiones intersticiales de dominios o lneas adyacentesUna tercera posibilidad para la generacin de presiones intersticiales en un dominio de suelo es la opcin de Interpolacin desde dominios o lneas adyacentes (Interpolate from adjacent clusters or lines). Esta opcin se utiliza, por ejemplo, si una capa relativamente impermeable se encuentra situada entre dos capas permeables con diferentes niveles piezomtricos. La distribucin de las presiones intersticiales en la capa relativamente impermeable no ser hidrosttica y, por lo tanto, no puede ser definida por medio de un nivel fretico. Al seleccionar la opcin de Interpolate from adjacent clusters or lines, la presin intersticial en dicho dominio es interpolada linealmente en direccin vertical, empezando desde el valor que hay en la parte inferior del dominio superior y terminando en el valor que hay en la parte superior del dominio inferior, excepto si la presin intersticial alguno de los dos est definida por medio de una distribucin de presiones intersticiales definida por el usuario. En este ltimo caso, la presin intersticial es interpolada a partir del nivel fretico general. La opcin de Interpolar (Interpolate....) puede ser utilizada de forma repetitiva en dos o ms dominios sucesivos (uno encima de otro). En el caso de que no se pueda encontrar un valor inicial para la interpolacin vertical de la presin intersticial, el punto de inicio se basar en el nivel fretico general. 3-68 PLAXIS V8

INTRODUCCIN DE DATOS Y PRE-PROCESADOR Adems de los valores en las capas de encima o de debajo del dominio desde las que se ha de interpolar la presin intersticial, es posible tambin introducir directamente la altura piezomtrica del agua subterrnea en lneas geomtricas a efectos de la interpolacin. Esto puede efectuarse haciendo doble clic en la lnea geomtrica correspondiente. Como resultado de ello, aparece una ventana de la altura piezomtrica del agua subterrnea en la que se puede introducir la altura piezomtrica deseada en ambos puntos de la lnea. Al introducir la altura piezomtrica del agua subterrnea en un punto, el programa presentar tambin en pantalla la presin intersticial correspondiente (presin intersticial = peso del agua multiplicado por [altura piezomtrica del agua subterrnea menos cota] ). Si se selecciona para un dominio la opcin de Interpolate from adjacent clusters o lines y se define una altura piezomtrica del agua subterrnea en una lnea adyacente, la interpolacin se iniciar a partir de la presin intersticial en dicha lnea en vez de a partir del valor de la presin intersticial en el dominio adyacente. En otras palabras, el procedimiento de interpolacin da prioridad a una eventual introduccin directa de presiones intersticiales en lneas geomtricas adyacentes sobre los valores de la presin intersticial en dominios adyacentes. La introduccin directa del valor de la altura piezomtrica del agua subterrnea en lneas geomtricas slo es relevante si el dominio de suelo adyacente est puesto en Interpolate... o si las presiones intersticiales son generadas por medio de un clculo de flujo. Tngase en cuenta que, cuando se generan presiones intersticiales a partir de las posiciones de los niveles freticos, la interpolacin de las presiones intersticiales es utilizada solamente en direccin vertical y no en direccin horizontal. Por lo tanto, la introduccin directa de una altura piezomtrica del agua subterrnea en lneas geomtricas verticales no tiene ningn efecto en este caso. La introduccin directa del valor de la altura piezomtrica del agua subterrnea puede ser eliminada seleccionando la lnea geomtrica correspondiente y pulsando la tecla de Supr en el teclado.

Dominio secoSe encuentra disponible una opcin rpida y conveniente para dominios drenados y no drenados secos, en otras palabras, con presiones intersticiales nulas. Esto puede hacerse seleccionando la opcin de Dominio seco (Cluster dry). Como resultado de ello, las presiones intersticiales estacionarias en dicho dominio quedan establecidas en cero y se considera que el peso del suelo es el peso no saturado (unsaturated weight). Tngase en cuenta que los dominios que representan estructuras masivas (hormign) en las que las presiones intersticiales debern ser excluidas de manera permanente (como los muros de diafragma o los cajones neumticos) pueden ser especificados como No porosos (Nonporous) en el correspondiente conjunto de datos del material. No es necesario definir dichos dominios no porosos como Cluster dry en el mdulo de las condiciones iniciales referentes al flujo. Deber tenerse tambin en cuenta que se pueden todava generar excesos de presin intersticial en dominios no drenados al tiempo que se utiliza la opcin de Cluster dry.

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MANUAL DE REFERENCIA

Distribucin de presiones intersticiales definida por el usuarioSi la distribucin de las presiones intersticiales en un dominio de suelo en particular es muy especfica y no puede ser definida por medio de una de las opciones anteriores, se puede introducir como una distribucin de presiones intersticiales definida por el usuario. Cuando se selecciona esta opcin, se puede i