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UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA Análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edificios Autores: Laura Ramoneda Cuenca.

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1 UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 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 PROMOCIÓN E INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

2 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 2 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

3 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 3 / 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 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

4 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 4 / 26 ¿Qué es un muro pantalla? Estructura flexible de contención de tierras Funcionalidades –Contener tierras –Prevenir flujo de agua –Evitar sifonamiento en fondo de excavación PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

5 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 5 / 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 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

6 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 6 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

7 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 7 / 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 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

8 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 8 / Descripción de la obra de referencia Básicamente arenas que disminuyen de grano con la profundidad Estrato γ SAT (kN/m3) γ NAT (kN/m3) m v (m2/kN) c (kN/m2) Φ d (m) Relleno20,017,503,5e-55,023,0º1,7 Limos arcillosos 19,6017,703,75e-53,033,6º1,4 Arenas medias y gruesas 19,5017,503,25e-50,030,0º5,0 Arenas finas19,8017,503,75e-50,030,0º12,9 Arenas muy finas 20,0018,003,25e-50,030,0º- Fuente: informe geotécnico correspondiente a la obra de referencia PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

9 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 9 / 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 fondo Tabla de coordenadas y desplazamientos en metros PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

10 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 10 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

11 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 11 / 26 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 K H K H = P / δ Modelo constitutivo en base a ley empuje-desplazamiento (E-D) Variaciones de la ley E-D (RIDO) PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

12 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 12 / 26 3a. Teoría de muelles de Winkler Estimación del K H : Ménard y Chadeisson Pruebas de viabilidad de los diferentes K H Análisis de sensibilidad K H (kN/m3) MénardChadeisson Rango orientativo CYPE Arenas PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

13 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 13 / 26 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 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

14 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 14 / 26 3b. Teoría del MEF Importancia del modelo constitutivo: plasticidad perfecta o endurecimiento hiperbólico PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

15 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 15 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

16 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 16 / Resultados obtenidos Modelos análogos –Control del anclaje –Control de empujes sobre la estructura –Control de momentos flectores en la estructura Fuerza axial (kN) Fase 2Fase 3Fase 4Fase 5 PLAXIS178,6184,9185,3188,3 CYPE178,6181,7182,0188,2 RIDO178,6181,8182,0188,6 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

17 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 17 / Resultados obtenidos PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

18 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 18 / Resultados obtenidos Desplazamientos parciales en mm POR FASE CABEZA PANTALLACOTA DE ANCLAJES REALPLAXISCYPERIDOREALPLAXISCYPERIDO FASE FASE FASE FASE PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

19 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 19 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

20 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 20 / Retroanálisis Estimación de Φ y δ Basado en teorías del MEF y en una función objetivo f : Valor de f para la fase 1Valor de f para la fase 5 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

21 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 21 / Retroanálisis PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

22 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 22 / Retroanálisis Valores mínimos (a)Φ = 33,5º y δ = 21,2º δ / Φ = 0,63 f = 3,57 (b) Φ = 31º y δ = 27,2º δ / Φ = 0,87 f = 2,28 Arena gruesa densa SecaSaturada 0,980,90 Valores δ/Φ para hormigones vertidos sobre terreno preparado (Potyondy, 1961) (a) (b) PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

23 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 23 / Introducción y objetivos 2. Descripción de la obra de referencia 3. Análisis numéricos 4. Resultados obtenidos 5. Retroanálisis 6. Conclusiones Índice PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

24 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 24 / Conclusiones SoftwareVentajasDesventajas 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 RIDO 2.Tan solo ofrece la diferencia de empujes entre trasdós e intradós 3.No permite introducir valores de δ superiores a 0,66xΦ RIDO 1.Mayor precisión que CYPE 2.Ofrece empujes en trasdós e intradós 3.Permite introducir cualquier valor para δ 1.Interfaz engorrosa y obsoleta 2.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 baseVentajasDesventajas MEF 1.Comportamiento muy real si se modela bien 2.Se obtienen resultados globales del terreno 3.Implementa el problema de flujo 1.Requiere un usuario avanzado 2.Definir muchas variables y difíciles de obtener 3.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 estructura 3.Se debe introducir el problema de flujo manualmente 4.También requiere calibrar el modelo a lo largo de las etapas constructivas PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

25 ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CÁLCULO DE MUROS PANTALLA EN EL DISEÑO DE SÓTANOS DE EDIFICIOS UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 25 / 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 PROMOCIÓN IE INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U.

26 UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA Análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edificios PROMOCIÓN E INGENIERÍA DE OBRAS S.A.U. Autores: Laura Ramoneda Cuenca Carlos Loscertales Lansac Tutor interno: Alberto Ledesma Villalba Tutor externo: Carlos Fernández Lillo Junio 2008


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