análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edificios
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PROMOCIÓN E INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U. Análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edificios. Autores: Laura Ramoneda Cuenca Carlos Loscertales Lansac Tutor interno: Alberto Ledesma Villalba Tutor externo: Carlos Fernández Lillo Junio 2008. Índice. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
UNIVERSITAT POLITÈCNICADE CATALUNYA
Análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edificios
Autores: Laura Ramoneda CuencaCarlos Loscertales Lansac
Tutor interno: Alberto Ledesma VillalbaTutor externo: Carlos Fernández Lillo
Junio 2008
PROMOCIÓN E INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.
ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
Índice
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1. Introducción y objetivos• ¿Qué es un muro pantalla?• Métodos existentes
– Teoría de equilibrio límite → no muestra desplazamientos– Teoría de muelles de Winkler– Método de elementos finitos (MEF)
• Objetivos– Análisis comparativo → Winkler, MEF y obra de referencia– Retroanálisis simplificado
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¿Qué es un muro pantalla?• Estructura flexible de
contención de tierras• Funcionalidades
– Contener tierras– Prevenir flujo de agua– Evitar sifonamiento en
fondo de excavación
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1. Introducción y objetivos• ¿Qué es un muro pantalla?• Métodos existentes
– Teoría de equilibrio límite → no muestra desplazamientos– Teoría de muelles de Winkler – Método de elementos finitos (MEF)
• Objetivos– Análisis comparativo → Winkler, MEF y obra de referencia– Retroanálisis simplificado
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
Índice
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2. Descripción de la obra de referencia• Edificio sin uso determinado
en Hospitalet de Llobregat• Dos niveles de sótanos →
estructura de contención de tierras → muro pantalla
• Ejecución convencional por bataches alternos
• Profundidad elevada de excavación → anclajes
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2. Descripción de la obra de referencia• Básicamente arenas que disminuyen de grano
con la profundidad
EstratoγSAT
(kN/m3)
γNAT
(kN/m3)
mv
(m2/kN)
c’(kN/m2)
Φ’ d(m)
Relleno 20,0 17,50 3,5e-5 5,0 23,0º 1,7
Limos arcillosos 19,60 17,70 3,75e-5 3,0 33,6
º 1,4
Arenas medias y gruesas 19,50 17,50 3,25e-5 0,0 30,0
º 5,0
Arenas finas 19,80 17,50 3,75e-5 0,0 30,0º
12,9
Arenas muy finas 20,00 18,00 3,25e-5 0,0 30,0
º -
Fuente: informe geotécnico correspondiente a la obra de referencia
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2. Descripción de la obra de referencia• Control de flechas de la
pantalla en momentos clave:– Excavación hasta anclajes– Ejecución de anclajes– Excavación hasta NF– Drenaje del solar +
Excavación hasta el fondoTabla de coordenadas y
desplazamientos en metros
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
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3a. Teoría de muelles de Winkler• Software utilizado: CYPE y RIDO• Modela la pantalla como una viga apoyada sobre lecho elástico con
coeficiente de reacción KH
KH = P / δ• Modelo constitutivo en base a ley empuje-desplazamiento (E-D)• Variaciones de la ley E-D (RIDO)
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3a. Teoría de muelles de Winkler• Estimación del KH : Ménard
y Chadeisson• Pruebas de viabilidad de
los diferentes KH
• Análisis de sensibilidad
KH
(kN/m3)
Ménard Chadeisson
Rango orientativo CYPE
Arenas 2423 27.500 50.000-90.000
Análisis de sensibilidad para diferentes KH (FASE 4)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,70,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006
Flecha (mm)
Prof
undi
dad
(m)
27.500 kN/m355.000 kN/m313.750 kN/m3
Análisis de sensibilidad para diferentes KH (FASE 1)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,70,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006
Flecha (mm)
Prof
undi
dad
(m)
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3b. Teoría del MEF• Software utilizado: PLAXIS• Discretización del medio continuo en una serie de elementos finitos
(EF) de geometría poligonal → las ecuaciones del medio continuo se transforman en un sistema de ecuaciones algebraicas
• Interpolación del resto del medio continuo
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3b. Teoría del MEF• Importancia del modelo constitutivo: plasticidad perfecta o
endurecimiento hiperbólico
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
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4. Resultados obtenidos• Modelos análogos
– Control del anclaje– Control de empujes sobre la
estructura– Control de momentos flectores en
la estructura
Fuerza axial(kN)
Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5
PLAXIS 178,6 184,9 185,3 188,3
CYPE 178,6 181,7 182,0 188,2
RIDO 178,6 181,8 182,0 188,6
Ley de empujes (FASE 1)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-120,00 -80,00 -40,00 0,00 40,00 80,00 120,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Momentos flectores (FASE 1)
-120 -70 -20 30 80 130
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
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Ley de empujes (FASE 2)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-120,00 -80,00 -40,00 0,00 40,00 80,00 120,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Ley de empujes (FASE 3)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-120,00 -80,00 -40,00 0,00 40,00 80,00 120,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Ley de empujes (FASE 5)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-120,00 -80,00 -40,00 0,00 40,00 80,00 120,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Ley de empujes (FASE 4)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-120,00 -80,00 -40,00 0,00 40,00 80,00 120,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
4. Resultados obtenidosMomentos flectores (FASE 2)
-120 -70 -20 30 80 130
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
Momentos flectores (FASE 3)
-120 -70 -20 30 80 130
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
Momentos flectores (FASE 4)
-120,00 -70,00 -20,00 30,00 80,00 130,00
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
Momentos flectores (FASE 5)
-120,00 -70,00 -20,00 30,00 80,00 130,00
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
Ley de empujes (FASE 1)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-80,00 -60,00 -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Ley de empujes (FASE 5)
-12,7
-10,7
-8,7
-6,7
-4,7
-2,7
-0,7-80,00 -60,00 -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Empuje (kN/m2)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISCYPERIDO
CAPA A
CAPA B
CAPA C
CAPA D
Envolvente de Momentos Flectores
-120 -70 -20 30 80 130
Mf (kN·m/m)
Prof
undi
dad
(m)
PLAXISRIDO
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4. Resultados obtenidos• Desplazamientos parciales en mm
POR FASE
CABEZA PANTALLA COTA DE ANCLAJES
REAL PLAXIS CYPE RIDO REAL PLAXIS CYPE RIDO
FASE 1 +2 +2 +4 +4 +1 +1 +2 +2
FASE 2 -2 -4 -1 -1 -3 -3 -1 -1
FASE 3 +2 +3 0 0 +2 +3 +1 0
FASE 4 + 5 +4 +5 -1 -1 +5 +6 0 +1
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
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5. Retroanálisis• Estimación de Φ y δ• Basado en teorías del MEF y en una función objetivo f :
21
n
OBRA EFi
f x x
Valor de f para la fase 1 Valor de f para la fase 5
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0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
1 2 3 4
Fase número
Valo
r de
la fu
nció
n ob
jetiv
o
Phi = 28º y Delta = 28º
Phi = 30º y Delta = 24º
Phi = 30º y Delta = 30º
Phi = 32º y Delta = 20,8º
Phi = 38º y Delta = 20,9º
5. Retroanálisis
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5. Retroanálisis• Valores mínimos(a)Φ = 33,5º y δ = 21,2º
δ / Φ = 0,63 f = 3,57
(b) Φ = 31º y δ = 27,2ºδ / Φ = 0,87 f = 2,28
Arena gruesa densa
Seca Saturada
0,98 0,90
Valores δ/Φ para hormigones vertidos sobre terreno preparado (Potyondy, 1961)
(a)
(b)
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1. Introducción y objetivos
2. Descripción de la obra de referencia
3. Análisis numéricos
4. Resultados obtenidos
5. Retroanálisis
6. Conclusiones
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6. Conclusiones
Software Ventajas Desventajas
CYPE
1. Interfaz extremadamente sencilla e intuitiva
2. Admite el uso de coeficientes de seguridad
3. Realiza por si solo comprobaciones (EHE-98)
4. Genera una propuesta de armado para la pantalla
1. Menor precisión que RIDO2. Tan solo ofrece la diferencia de
empujes entre trasdós e intradós3. No permite introducir valores de δ
superiores a 0,66xΦ
RIDO
1. Mayor precisión que CYPE2. Ofrece empujes en trasdós e
intradós3. Permite introducir cualquier valor
para δ
1. Interfaz engorrosa y obsoleta2. Las mayorizaciones de las cargas
y los coeficientes de seguridad se deben aplicar aparte
3. No realiza comprobaciones de la pantalla ni genera informes de armado de la estructura
Teoría base Ventajas Desventajas
MEF1. Comportamiento muy real si se
modela bien2. Se obtienen resultados globales
del terreno3. Implementa el problema de flujo
1. Requiere un usuario avanzado2. Definir muchas variables y
difíciles de obtener3. Requiere constantes
calibraciones in situ para certificar la validez del modelo
4. Poca experiencia acumulada
WINKLER
1. Modelos muy sencillos, rápidos e intuitivos
2. Puede resultar una buena primera aproximación
3. Años de experiencia con estos modelos
1. Evaluación del coeficiente de balasto
2. Resultados solo para la estructura3. Se debe introducir el problema de
flujo manualmente4. También requiere calibrar el
modelo a lo largo de las etapas constructivas
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6. Conclusiones• Se recomienda el uso del MEF en caso de que se disponga de un
buen informe geotécnico y suficiente tiempo como para estudiar el problema en detalle
• En caso contrario, se recomienda el uso de modelos de Winkler• En tal caso:
– Se recomienda el uso de CYPE en caso de que estemos diseñando una estructura en fase de proyecto
– Se recomienda el uso de RIDO en caso de que estemos estudiando el comportamiento de una estructura, sea en fase de proyecto o en fase de servicio
• El retroanálisis es una herramienta hoy en día asequible y que permite verificar la idoneidad del informe geotécnico
• Las arenas presentan en realidad Φ = 31º
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