Con el método de elementos Finitos el suelo se modela con resortes cuyas características dependen de los módulos de elasticidad del suelo, diferenciando entre los de compresión y los de tracción.
Bowles sugiere calcular, aproximadamente, el valor de Ks (módulo de balasto, el cual está relacionado con la rigidez del suelo) con base en la capacidad portante de las cimentaciones. El método examinado ofrece directamente, después de haber construido la matriz de rigidez global y el vector de cargas nodales, los deslizamientos generalizados y, a partir de los mismos, los momentos y las reacciones nodales.
Para el cálculo de la pantalla se procede como a continuación:
(a) Calcular las presiones laterales hasta el fondo de excavación.
(b) Determinar una primera profundidad de prueba.
(c) Estimar el valor de Ks por debajo del fondo de excavación.
(d) Disponer los nodos en los cuales se asignarán las rigideces de los resortes.
(e) Establecer una sección de prueba y calcular el momento de inercia de la sección.
(f) Calcular la rigidez de posibles anclajes.
(g) Crear la matriz de rigidez global.
(h) Ensamblar el vector de las cargas nodales.
(i) Calcular los deslizamientos nodales.
El cálculo se lleva a cabo con un procedimiento iterativo. Se continúan las iteraciones hasta que los corrimientos en el fondo de la excavación, entre dos ciclos de cálculo, se encuentren dentro un valor de tolerancia especificado.
El ambiente de administración de algunos de los datos relativos a la implementación del método de los elementos finitos es el siguiente:
Ambiente de administración del cálculo con el método de los elementos finitos
Los datos requeridos son los siguientes:
DATOS GENERALES FEM
Cálculo automático profundidad de empotramiento:
Seleccionar Sí para efectuar el cálculo automático de la profundidad de empotramiento, No para asignar la profundidad de empotramiento seleccionada por el usuario.
Máx. corrimiento lineal terreno:
Expresado en cm. Es el corrimiento máximo que permite considerar un terreno con comportamiento lineal. Si se supera este corrimiento, no se puede considerar el resorte que esquematiza el terreno como en campo elástico-lineal (depende mucho de las características del terreno, en todo caso Orden de tamaño = 1/2 cm)
Factor de tolerancia corrimiento:
Expresado en cm. Es la tolerancia establecida para definir las condiciones de salida de las iteraciones de análisis (depende de algunas condiciones de análisis y de geometría de la estructura, Orden de tamaño = 1/200 de la máxima dimensión de la estructura, por ejemplo altura pantalla)
Tipo análisis:
Define si el tipo de análisis efectuado es lineal o no lineal (Se sugiere el análisis no lineal cuando la estática del problema depende preponderantemente del aspecto geotécnico del problema)
Número máximo de iteraciones:
Es el número máximo de iteraciones a realizar para llegar a la solución de los corrimientos. Superado este límite, se considera que no se logrado encontrar una solución (en la práctica corriente orden de tamaño = 5/10 iteraciones)
Factor reducción del resorte fondo de excavación:
Es un factor adimensional que multiplica, reduciéndolo, el módulo de reacción del resorte situado en el fondo de la excavación. Debe asumir un valor menor o por lo menos igual a 1.
Profundidad inicial de empotramiento:
Profundidad de empotramiento al primer intento, expresada en m (Orden de tamaño = 0.1/0.2 de la altura de la pantalla)
Incremento profundidad de empotramiento:
Es el incremento que se hace en la profundidad corriente de empotramiento para buscar la solución de equilibrio (Orden de tamaño = 0.1/0.2 de la altura de la pantalla)
Número de elementos:
Debe estar comprendido entre 10 y 50. Es el número de elementos finitos en el que se divide la pantalla (Es oportuno efectuar una división razonable: ni demasiado limitada, para evitar crasos errores en la solución, ni demasiado tupida, para evitar que se agranden excesivamente los tiempos de cálculo)
Número nodo de fondo de excavación:
Se define cuál nodo asociar al fondo de la excavación. Entre más alto es el número, más son los elementos finitos que forman la parte superior de la pantalla.
COEFICIENTE DE BALASTO Ks
Asiento correspondiente a la resistencia última del terreno:
Es el desplazamiento asociado a la carga última, expresado en cm.
Coeficiente de balasto variable:
Es posible tener en cuenta la variabilidadde la rigidez axial de los resortes, que simulan la presencia de terreno, con la profundidad; o también se puede efectuar el análisis con un coeficiente de balasto constante.
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