Manejo del Programa Plaxis 3D Túnel.pdf

GEOTECNIA

ESCUELA:

NOMBRE:

INGENIERÍA CIVIL

Ing. Carmen Esparza Villalba

CLASE: Nro 13

1

FECHA: ABRIL – AGOSTO 2009

MANEJO DEL PROGRAMA PLAXIS

Contenido1. Introducción

2. Aspectos generales2. Aspectos generales

3. Introducción de datos

• Configuración general

• Geometría

• Propiedades de los materiales

• Generación de mallas• Generación de mallas

• Vista en 3D.

Introducción• Plaxis es un programa de elementos finitos

bidimensionales diseñado específicamente la realizaciónbidimensionales diseñado específicamente la realizaciónde análisis de deformación y estabilidad de problemasgeotécnicos.

• El programa utiliza una interfaz gráfica que permite quelos usuarios generar rápidamente un modelo geométricoy una malla de elementos finitos basada en una seccióntransversal vertical representativa del problema que setransversal vertical representativa del problema que setrate.

• La interfaz del usuario esta compuesta porcuatro subprogramas:

Introducción

cuatro subprogramas:

• Imput.

• Calculations.

• Output.

• Curves.• Curves.

Aspectos generales

• Al iniciar Plaxis 3D Tunnel aparece la ventanaCreate/Open project. Aquí podemos elegir si crearCreate/Open project. Aquí podemos elegir si crearun nuevo proyecto o abrir uno ya existente.

• Si se elige crear un nuevo proyecto aparece la ventana Generalsettings, en la cual podemos asignar un nombre al nuevo proyecto y

Aspectos generales

settings, en la cual podemos asignar un nombre al nuevo proyecto yelegir las unidades en las que se desea trabajar

• Después de asignar un nombre al proyecto el siguiente paso arealizar es establecer un sistema de unidades coherente; tomandoen cuenta las unidades básicas a utlizarce que son: longitud, fuerza

Aspectos generales

en cuenta las unidades básicas a utlizarce que son: longitud, fuerzay tiempo.

• Las unidades que aparecen por defecto son: metros, kilonewtons ydías.

� Convención de signos� Aun cuando PLAXIS es un programa en 2D, las tensiones están

Aspectos generales

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

Donde:� X – Coordenada Radial� Y – Coordenada Axial� Z – Dirección tangencial� sxx – Tension radialxx

� syy – Tensión circunferencial

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

� Tratamiento de ficheros� Los proyectos realizados se guardan con la extensión .PLX

Aspectos generales

� Los proyectos realizados se guardan con la extensión .PLX

� Para abrir los ficheros hacemos click en el menú file/open y aparece lasiguiente venta:

� En esta ventana, se puede buscar los archivos creados en PLAXIS, paraencontrarlos fácilmente en la parte derecha de la ventana aparece elcontenido del archivo.

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

Aspectos generales

requerida acerca de cualquier función o elemento del programa.

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

Menú

Toolbar (geométrica)Toolbar (general) Regla

Área de dibujoRegla

Origen

Ingreso manualPosición del cursor

Área de dibujo

• La ventana principal del subprograma input contiene lo siguiente:

• Menú de introducción de datos.- contiene todos los elementos de

Ingreso de datos

• Menú de introducción de datos.- contiene todos los elementos deintroducción 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 lacreación 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.• Zona de dibujo.- Es la zona donde se crea y modela el modelo geométrico.

• Ejes.- Muestran la orientación de las coordenadas en x y y, se representael origen de coordenadas con un pequeño círculo.

Ingreso de datos

• Introducción manual de datos.- Se puede introducir manualmente losvalores correspondientes a las coordenadas; ambas coordenadas deberánir separadas por un espacio (valor de x<espacio>valor de y). Si no sedesea escribir coordenadas absolutas, sino referenciadas al puntoanterior, vasta con introducir un carácter más a la nomenclatura anterior(@coordenada x<espacio>@coordenada y).

• Indicador de posición del cursor.- Indica la posición actual del cursor, tanto• Indicador de posición del cursor.- Indica la posición actual del cursor, tantoen coordenadas (x,y) como en píxeles de la pantalla.

Menú de ingreso de datos• Este menú contiene submenús desplegables que cubren la mayor parte de

Ingreso de datos

• Este menú contiene submenús desplegables que cubren la mayor parte delas opciones destinadas a gestión de ficheros, transferencia de datos, lavista de gráficos, creación de un modelo geométrico, generación de mallasde elementos finitos e introducción de datos en general.

• En el módulo de creación de la geometría, el menú esta constituido por lossubmenús: File, Edit, View, Geometry, Loads, Materials, Mesh, Initial, Help.

� Submenús:

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.Print.- Imprimir el modelo geométrico.

Work directory.- Para establecer el directorio en el que por defecto serán guardados losficheros 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.

� Submenús:

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 másdetallada.Zoom out.- Para restaurar la visión a la forma en que estaba antes de la acciónde zoom más reciente.Reset view.- Para restaurar la zona de dibujo completa.

� Submenús:

View:

Ingreso de datos

View:

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

� Submenús:

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 objetosgeométricos similares dibujados en una sola acción de trazo singeométricos similares dibujados en una sola acción de trazo sinpulsar el boton derecho del mouse ni la tecla esc.

� Submenús:

Ingreso de datos

� Submenús:

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

� Submenús:

Ingreso de datos

� Submenús:

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

� Submenús:

Ingreso de datos

� Submenús:

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

� Submenús:

Ingreso de datos

� Submenús:

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

� Submenús:

Ingreso de datos

� Submenús:

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

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

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

• La ventana general settings aparece cada vez que se inicia unnuevo proyecto o puede ser seleccionada posteriormente

Configuración general

nuevo proyecto o puede ser seleccionada posteriormentedesde el submenú File.

• Esta ventana contiene las pestañas de proyecto y unidades: laprimera contiene el nombre y la descripción del proyecto, el


primera contiene el nombre y la descripción del proyecto, eltipo del modelo y los datos de aceleración.

• La segunda contiene las unidades básicas de longitud, fuerza ytiempo; y las dimensiones de la zona de dibujo.

• Modelo:


Los modelos de elementos finitos pueden ser de deformación plana(plane

strain) o Axisimétricos(axisymmetric)

• Se utiliza un modelo de deformación plana cuando se tiene geometrías desección transversal uniforme en las que se pueda suponerse que los


sección transversal uniforme en las que se pueda suponerse que loscorrespondientes estados tensiónales y de cargas son uniformes a lo largode una determinada longitud perpendicular a la sección transversal. Losdesplazamientos 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 seccióntransversal radial uniforme y un esquema de cargas alrededor del ejecentral que permita suponer estados tenso - deformacionales idénticoscentral que permita suponer estados tenso - deformacionales idénticosen cualquier dirección radial. En el caso axisimétrico la coordenada xrepresenta el radio y la coordenada y corresponde al eje de simetría.

• 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).


desplazamiento por nodo(x, y).

Deformación plana Axisimétrico

• Elementos:Se puede seleccionar elementos triangulares de 6 o de 15 nodos para


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 másA 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.

• Elementos:Se puede pensar en un elemento de 15 nodos como una composición de


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.

• Gravedad y aceleración:Por defecto la aceleración de la gravedad terrestre g se establece en 9.80


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.

• Unidades:Las unidades de longitud, fuerza y tiempo a utilizar en el análisis se definen


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.

• Declinación:Es el ángulo que se inclina el eje z respecto del norte. Dato que la


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.

• Dimensiones:Aquí se especifican las dimensiones de la zona de dibujo, de manera que el


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

• La cuadricula:Para facilitar la creación del modelo geométrico, el usuario puede definir


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.

• Un modelo geométrico está constituido por puntos, líneas y dominios. Lospuntos y las líneas son introducidos por el usuario, mientras que losdominios son generados por el programa.

Geometría

dominios son generados por el programa.

• Además de estos componentes básicos se puede añadir al modelogeométrico objetos estructurales o condiciones especiales que simulenrevestimiento del túnel, muros, placas, interacción del suelo-estructuras ocargas.

Nodos AnclajesNodos

Líneas

Anclajes

• 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

Geometría

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.para que aparezca dicha ventana.

� ELEMENTOS GEOMÉTRICOS:

Geometría

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� 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.


Placas:

Geometría

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 espesorresistencia a esfuerzo axial EA, a partir de los cuales se calcula un espesor

equivalente de placa.


Elementos viga:

Geometría

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 espesorresistencia a esfuerzo axial EA, a partir de los cuales se calcula un espesor

equivalente de placa.


Geomallas:

Geometría

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 decuerpo de la inyección y en anclaje de nodo a nodo para simular piquete de

anclaje.


Interfaces:

GEOMETRÍA

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.elevadas deformaciones.


Anclajes de nodo a nodo:

Geometría

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.elevadas deformaciones.


Anclajes con un extremo fijo:

Geometría

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


Túneles:

Geometría

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.


Diseñador de túneles:

Geometría

Diseñador de túneles:� Al seleccionar la opción túnel aparece la ventana tunnel designer.



Geometría

Diseñador de túneles:� 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� 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



Cargas y condiciones de contorno:

Geometría

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.


Prescripción de desplazamiento

Geometría

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

� ELEMENTOS GEOMÉTRICOS:Fijaciones:

Geometría

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 alo siguiente: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)


Fijaciones de rotación:

Geometría

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 rotacionalFijación rotacional

En PLAXIS las propiedades del suelo y de los materiales

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.

� 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


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.

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Luego de hacer clic en el ícono de propiedades de los materiales, aparece

una ventana en la cual podemos asignar características a los distintos


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

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Modelación del comportamiento del suelo.- El comportamiento de tensión-

deformación no lineal del suelo puede modelarse, conociendo características


deformación 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.

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces.- Cuando no se

tiene el material con las propiedades que necesitamos podemos crear un


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.

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces

Modelos constitutivos de los materiales .- PLAXIS admite diversos


� Modelos constitutivos de los materiales .- PLAXIS admite diversosmodelos constitutivos para simular el comportamiento del suelo y de otrosmedios continuos:

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

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e int erfaces


� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:Tipo de comportamiento de los materiales – Tipos de materiales .-


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


� 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 interfacesPermeabilidades (kx y ky).- La introducción de los parámetros de


Permeabilidades (kx y ky).- La introducción de los parámetros depermeabilidad sólo es necesaria para los análisis de consolidación y loscálculos de flujo, es necesario especificar las permeabilidadescorrespondientes a todos los dominios, incluyendo las capas casiimpermeables que están consideradas como totalmente impenetrables.

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:


Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfacesVariación de la permeabilidad (ck )

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos de materiales para placas:


� 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 entreel comportamiento elástico y el elastoplástico.

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

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos de materiales para placas:


� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos para geomallas:


� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Conjuntos de datos para anclajes:


� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Asignación de conjuntos de datos a los componentes d e la

geometría :


geometría :� Para asignar las propiedades a los elementos del diseño

geométrico, hacemos doble click sobre el elemento al cualqueremos asignar las propiedades y luego, aparece laventana de propiedades del elemento seleccionado.

� BASE DE DATOS DE LOS MATERIALES:� Asignación de conjuntos de datos a los componentes d e la

geometría :


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


triangulación, el cual da como resultado mallas ‘no estructuradas’. Estasmallas pueden parecer desordenadas, pero su rendimiento numérico es porlo 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 TUNNEL3D TUNNEL

Generación de mallas

• Después de tener el modelo geométrico completamente definido y haber

proporcionado las propiedades correspondientes a cada material, laproporcionado 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• 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

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, se activa automáticamente el subprograma output y se muestra la

malla generada.

• Tipos elementos básicos: Como se explico en el subprograma input, existen

dos elementos básicos: triángulos de 6 y de 15 nudos. Esto se puede


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.– 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.

• Grado de refinamiento global:


• Refinamiento global: Cuando se ejecuta esta opción el refinamiento global

se incrementa un nivel y la malla se regenera automáticamente. Este


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.

• Refinamiento global: de grocero de refinamiento tosco a medio


• Recomendaciones para generar una malla:


• 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 sergradientes de deformación. Esta información deberá ser

utilizada para la creación de un modelo de elementos finitos

refinado.

Después de generar la malla en 2D, se puede crear

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 fondoplano frontal, y del plano de fondo

Generación 3D

Plano frontal

Plano de fondo

Generación 3D

Una ves creada el modelo geométrico y generada la malla de elementos

finitos, debe especificarse el estado tensional y la configuración inicial. Este

Condiciones iniciales

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 deConfiguración 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

Para introducir las condiciones iniciales, se debe hacer clic en


Al realizar esta acción la ventana principal del programa input cambia:

• 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 3Dtunnel 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 aguaincrementa linealmente con la profundidad acorde con el peso del agua

especificado.




Nivel freático :


Para generar las presiones de agua de niveles freáticos, se utiliza el


Para generar las presiones de agua de niveles freáticos, se utiliza el

siguiente comando de la barra de herramientas.

• Configuración de la geometría inicial


Para acceder a esta opción debemos hacer clic en el lado derechodel conmutador

Se utiliza para definir la configuración inicial de la geometríautilizada y deseleccionar los dominios que no son activos en lasituación inicial tales como (cargas, placas, geotextiles, interfaces odominios de suelo por encima de la superficie inicial del terreno.

El procedimiento K0 considera solamente el peso del suelo y calculaEl procedimiento K0 considera solamente el peso del suelo y calculasólo tensiones efectivas y presiones intersticiales en elementos desuelo e interfaces.

Las cargas externas y el peso de los elementos estructurales no sontenidos en cuenta. La activación de cargas y de objetos estructuralesen la configuración inicial no tiene, por lo tanto, ningún efecto.

• Generación de tenciones iniciales

Las tensiones iniciales en una capa de suelo están influenciadas por el peso


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

También se puede modelar las presiones iniciales y por nivel


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.placas de concreto son despreciados por PLAXIS.

• Realizando las perforaciones:


• Realizando las perforaciones: Nivel freático


• Realizando las perforaciones: tensiones iniciales.


iniciales.

• Realizando las perforaciones: presiones i. de agua


• Con revestimiento de concreto:


• Con revestimiento de concreto: N. freático.


• Con revestimiento de concreto: Tensiones iniciales


• Con revestimiento de concreto: Tensiones iniciales

• Con revestimiento de concreto: Presiones i. de agua


• Con revestimiento de concreto: Presiones i. de agua

• 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

Cálculos

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 (Phi-

creduction) 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.

• Para iniciar el subprograma de cálculos desde el

programa input se hace clic en el ícono

Cálculos

programa input se hace clic en el ícono

Barra de herramientas

Pestañas

Menú de cálculos

Lista de faces de cálculo

• Menú de cálculos:El menú de cálculos está constituido por los submenús: Files,

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 lasfaces de cálculo.

Save.- Guarda el estado actual de la lista de cálculos.

Print.- Imprime la lista de la fase de cálculos.Print.- Imprime la lista de la fase de cálculos.

Work directory.- Determina el directorio en el que se han dealmacenar los ficheros de proyectos de PLAXIS.

Exit.- Permite salir del programa.

• Menú de cálculos:

• Submenú Edit:

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.


• Submenú View:

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 puntosSelect point for curve.- Permite seleccionar nodos y puntos

de tensión para generar curvas de carga – desplazamiento y

trayectorias de tensión.


• Submenú Calculate:

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 deproyecto este es añadido a la ventana del gestor de

cálculos.

• Definición de una fase cálculo:Al iniciar el cálculo de un nuevo proyecto, este sólo contiene una fase inicial

Cálculos

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,nueva fase debemos de definirla utilizando las pestañas: Generals,

parameters y multipliers.

• Inserción y eliminación de una fase de cálculo:

Cuando se inserta o elimina una fase de cálculo, se debe tener

Cálculos

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 estánclic en los botones insert o delete respectivamente que están

junto al botón next.

• Inserción y eliminación de una fase de cálculo:

Cálculos

Next

InsertDeleteNext Delete

• Condiciones generales (pestaña general)

Dentro de esta podemos definir los siguientes parámetros:

Cálculos

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 laEl 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.


• Phase:

Cálculos

• Phase:

Nombre de la faseFase de referencia


• Tipos de Cálculos (Calculation type):

Cálculos


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.de análisis.



Cálculos


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 laLa matriz de esfuerzo en el análisis plástico en 3D en la

geometría original indeformable.



Cálculos


3D plastic calculation

Análisis plástico en 3D



Cálculos


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.3D en la geometría original indeformable.

• 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

adicionales es de 250 por defecto.

• 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

Cálculos

• Número de pasos adicionales: por defecto el programa

estable un número de 250 pasos, aunque casi nunca se

llega a este valor

• Parámetros (parameters)• Procesos iterativos: Aquí se puede elegir entre las

Cálculos

• Procesos iterativos: Aquí se puede elegir entre lascaracterísticas estándar puesta por defecto por el programa(recomenda), o se puede hacer clic en le botón Define ycolocar el valor más conveniente para nuestro caso. Losvalores por defecto son:

- Error: 0,03

- Número max. de iteraciones: 100

- Número min. De iteraciones: 4


• Procesos iterativos:

Cálculos

• Procesos iterativos:


Aquí se puede establecer si se quiere considerar los

Cálculos

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.

� Parámetros (parameters)

Cálculos


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

Load input .-


Cálculos

Load input (primera fase).- En esta fase se deshabilito el estrato

de suelo dentro del túnel, así tenemos una etapa de perforación.


Cálculos

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 contrariodeshabilitados aparecen en color gris, caso contrario

aparecen en su color normal.


Cálculos

Load input (primera fase).-


Cálculos

Load input (Segunda fase).- Aquí se habilita las placas de

hormigón que conforman la sección del túnel.

� Multiplicadores de carga

Cálculos


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

� Finalmente todas las etapas definidas aparecen en laventana de cálculos

Cálculos

ventana de cálculos

� Selección de puntos para generación de curvas

Cálculos

� Selección de puntos para generación de curvasDespués 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 chequearaPara seleccionar los puntos en los cuales se chequearael esfuerzo y desplazamiento, se hace clic en y seabre el programa output, en el cual seleccionamos lospuntos haciendo clic sobre ellos.

� Selección de puntos para generación de curvas

Cálculos

Manejo del Programa Plaxis 3D Túnel.pdf

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