Estabilidad de Taludes con Clavos en 2D y 3D

Transcripción

1 Estabilidad de Taludes con Clavos en D y D MIDASoft Inc. Angel Francisco Martinez Ingeniero Civil Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering

2 Contents Parte. Objetivos Parte. Introducción Parte. Estabilidad de Taludes en D Parte 4. Estabilidad de Taludes en D Parte 5. Conclusión Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering

3 Los objetivos de la sesión de hoy son aprender sobre: Las diferencias de metodología en elementos finitos para Análisis de Estabilidad de Taludes Estabilidad de Taludes en D con método SRM Estabilidad de Taludes en D con método SAM Aplicación de Clavos para reforzamiento

5 Introducción La estabilidad del talud de un terraplén o una excavación es uno de los problemas mas frecuentes en la ingeniería geotécnica. Recientemente se hizo posible para el análisis numérico simular geometrías destruidas y reflejar la condición del sitio real. El talud siempre cuenta con peso propio pero si fuerzas externas, tales como presión de poro, cargas aplicadas, terremotos, etc actúan sobre tal, su estabilidad se vera muy afectada. Una falla del talud (desprendimiento) puede ocurrir si la tensión cortante interna debida al peso propio y las fuerzas externas son mayor que la resistencia al corte del suelo. 5

6 Estabilidad de Taludes -Strength Reduction Method (SRM) / Método de Reducción de Esfuerzos: El método de reducción de esfuerzo disminuye gradualmente esfuerzo de corte por un factor hasta que el cálculo no converge y se considera una falla del talud. El máximo factor de reducción de la resistencia se usa para calcular el factor de seguridad mínimo. -Stress Analysis Method (SAM) Método de Análisis de Tensión : Este método utiliza primero el SRM para realizar el análisis de tensión en el talud. Los resultados de análisis de tensión se utilizan para calcular los factores de seguridad para un número de superficies de deslizamiento igual que por el método de equilibrio límite. 6

7 Reforzamiento por Clavo de Suelo El clavo de suelo es un tipo de reforzamiento que se inserta desde la superficie de la pendiente sin ningún pretensado. Se aumenta la fuerza de cizallamiento total de la suelo original, se controlan los desplazamientos del suelo y se instala el refuerzo desde arriba hacia abajo. El grado de seguridad aportado por un solo clavo es generalmente bajo para toda la estabilidad. Los clavos de suelo son eficaz para reforzar un corte de pendiente donde se espera una superficie de falla deslizante superficial, para reforzar excavaciones temporales y paredes permanentes. Se pueden clasificar tres tipos de clavado en el suelo:. Tipo de gravedad en el que se inserta el refuerzo de clavos en los orificios taladrados y se ensambla sin presión. Tipo de presión en el que se sella la pieza de anclaje de clavos utilizando un empaquetador permanente y son sellados a presión (grouted).. La combinación del tipo de presión con los empacadores de goma reutilizables en la primera etapa y el tipo de gravedad en la segunda etapa 7

8 Reforzamiento por Clavo de Suelo Los elementos embebidos truss se usan generalmente para modelar elementos estructurales tales como anclajes, clavos y pernos de roca, que ignoran el comportamiento de flexión. También se pueden aplicar gap / hook con espaciamiento inicial y propiedades de compresión / tracción únicas y material elástico no lineal con carga admisible. Cuando se utilizan elementos truss con diferentes elementos de suelo (D o D), los nodos deben ser compartidos a lo largo del soporte, lo cual es tedioso para mallar. Sin embargo, los elementos embebidos truss no requieren el compartir del nodo a lo largo de soporte, y son por lo tanto más convenientes para modelar y analizar. Los elementos de truss embebido se utilizan en una forma incrustada dentro de un elemento madre y el elemento madre puede ser un elemento de deformación plano o un elemento sólido. 8

10 Demo de Estabilidad de Taludes en D Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering

11 Overview STEP 0 Geometry Import STEP 0 Import Materials STEP 0 Mesh generation STEP 04 Boundary Conditions STEP 05 Perform analysis and check result

12 0 D Slope Overview Slope soil Nail reinforcement for weathered rock. Extract and Divide D Nail elements. Generating high order mesh for Strength Reduction method For performing slope stability analysis using the finite element method (FEM), use higher order elements and triangle shaped elements. -

13 0 Material for Soil and Structures -

14 0 Property for Soil and Structure Name Weathered Soil Weathered Rock Bed rock Nail Property D D D D Model Type Plain Strain Plain Strain Plain Strain Embedded Truss Material Weathered Soil Weathered Rock Bed rock Tension Only Size (m) D= 0. Spacing m -4

15 0 Create New Project Main Menu > New Analysis Setting > Model Type > D Set units to kn / m / sec -5

16 0 Material for Soil & Structures * You can define Material / Property from start files Mesh > Prop. > Material Select Create New and create add materials from table -6

17 0 Inspect Property for Soil & Structures * You need to assign properties to materials Mesh > Prop. > Property Create D plane strain for soil layers and D embedded truss for nail. Behavior > Tension Only Allowable tension 5 kn Spacing: m Diameter: 0.m -7

18 0 Import Geometry * Import CAD file to start modeling Main Menu > Import > DWG Select Soil Nail Reinforced Slope Stability DWG file -8

19 04 Generate Mesh (D Element) Mesh > Generate > D > Auto - Area Select Edge(s) > Select edges for Soil layer as highlighted in the figure. (Don t include nails) Input element Size : (m between two nodes) 7 4 Select Property : weathered soil 5 Input Mesh Set Name : soil 6 Click on the >> icon to open the Advanced Option Window 4 7 Activate Higher Order Elements 8 Click OK, then Click Apply Repeat for other layers, increase sizes to m and m. 6-9

20 04 Generate Mesh (Mesh D Element) Mesh > Generate > D Element Select the TYPE: Edge(s) > Select 5 edges for nails as highlighted in the figure. Size Method > Division: 4 Select Property : Nail 5 Input Mesh Set Name : Nails 4 Click OK -0

21 05 Define Boundary Condition (Ground) Static / Slope Analysis > Boundary > Constraint > Auto Boundary Set Name : Ground Boundary -

22 05 Define Boundary Condition (SAM) Static / Slope Analysis > Boundary > Slip Circular Surface Define SAM boundary as shown -

23 06 Load Condition (Self Weight) Static / Slope Analysis > Load > Self Weight Load Set Name : S/W -

24 07 Water Level Static / Slope Analysis > Boundary > Water Level Load Set Name : Water Level -4

25 08 Define SRM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SRM > SRM with Nails Activate all except SAM BC 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -5

26 08 Define SRM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SRM > SRM No Nails Activate all except Nails and SAM BC 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -6

27 09 Define SAM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SAM > SAM with nails Activate all 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -7

28 09 Define SAM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SAM > SAM No Nails Activate all except Nails 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -8

29 0 Perform Analysis Analysis > Analysis > Perform Select All, Press OK -9

30 Post Processing (Pre mode vs Post mode) * After analysis, model view will be converted to Post- Mode automatically, can back to Pre-Mode to change model information. *All results will be represented by graphic based output, table, diagram and graph. Results are given by case The bottom of the results tab lists the FOS for all the case in order. Results match between SRM and SAM for both scenarios. -0

31 Post Processing (Results No Nails) * You can see the failure method from both types of slope stability analysis. *For SAM results go to Results > Special Posts> SAM Select SAM No Nails Analysis Case > MIN To see the SRM results, you can select from the works tree in the SRM case the Plate Strain Strains > Max Shear You can right click the legend to highlight the colors under Auto Range

32 Post Processing (Results with nails) * You can see the failure method from both types of slope stability analysis. *For SAM results go to Results > Special Posts> SAM with Nails Select SAM Analysis Case > MIN To see the SRM results, you can select from the works tree in the SRM case the Plate Strain Strains > Max Shear You can right click the legend to highlight the colors under Auto Range

33 Post Processing (Results) * You can see the failure method from both types of slope stability analysis. *For SAM results go to Results > Special Posts> SAM with Nails Select SAM Analysis Case > MIN To see the SRM results, you can select from the works tree in the SRM case the Plate Strain Strains > Max Shear You can right click the legend to highlight the colors under Auto Range

35 Estabilidad de Taludes D y D Consideraciones de Diseño Estabilidad General Reforzamiento Estabilidad a Largo Plazo (sismo / lluvia) Presión de Agua Etapas Constructivas Factores de Seguridad - Método de Reducción de Esfuerzos(D y D) - Método de Análisis de Tensión (D) Método SAM Método SRM D Método SRM D 5

36 Estabilidad de Taludes en D con Método SRM Sliced Planes Iso Surface 6

37 Demo de Estabilidad de Taludes en D Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering

38 Overview STEP 0 Geometry Import STEP 0 Import Materials STEP 0 Mesh generation STEP 04 Boundary Conditions STEP 05 Perform analysis and check result 8

39 0 Material for Soil and Structures -9

40 0 Property for Soil and Structure Name Weathered Soil Weathered Rock Bed rock Nail Property D D D D Model Type Solid Solid Solid Embedded Truss Material Weathered Soil Weathered Rock Bed rock Nail (Steel) Size (m) D=

41 0 Open Project Overview Main Menu > Open D Slope Nail Start File -4

42 0 Geometry works Geometry >Protrude > Extrude Select faces Direction: Y Enter 0 m Click Preview, Click OK -4

43 0 Geometry works Geometry > Transform > Translate > Copy Target: 5 nail curves Select Y axis 4 Copy > Distance > Times 6 Apply 4 4-4

44 0 Geometry works Geometry > Surface Solid > Imprint > Auto Target: solids Tool: all nails except edges 4 Apply 4-44

45 04 Generate Mesh (D Element) Mesh > Generate > D > Auto solid Select object > Select solid for Soil layer as highlighted in the figure. Input element Size : (m between two nodes) 8 4 Select Tetra mesh 5 Select Property : weathered soil 6 Input Mesh Set Name : soil 7 Click on the >> icon to open the Advanced Option Window 4 8 Activate Higher Order Elements Click OK, then Click Apply Repeat for other layers

46 04 Generate Mesh (Mesh D Element) Mesh > Generate > D Element Select the TYPE: Edge(s) > Select all inner edges for nails as highlighted in the figure. Size Method > Division: 4 Select Property : Nail 5 Input Mesh Set Name : Nails Click OK 4-46

47 05 Define Boundary Condition (Ground) Static / Slope Analysis > Boundary > Constraint > Auto Boundary Set Name : Ground Boundary -47

48 06 Water Level Static / Slope Analysis > Boundary > Water Level Select top faces of geometry Press Apply -48

49 07 Load Condition (Self Weight) Static / Slope Analysis > Load > Self Weight Load Set Name : S/W -49

50 08 Define SRM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SRM > SRM with Nails Activate all 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -50

51 09 Define SRM Analysis Case Analysis > General Solution Type > Slope Stability SRM > SRM No Nails Activate all except Nails 5 Activate Options in Output Control as shown 4 Drag & Drop -5

52 0 Perform Analysis Analysis > Analysis > Perform Select All, Press OK -5

53 Post Processing (Pre mode vs Post mode) * After analysis, model view will be converted to Post- Mode automatically, can back to Pre-Mode to change model information. *All results will be represented by graphic based output, table, diagram and graph. Results are given by case and types of elements. The bottom of the results tab lists the FOS for all the cases in order. -5

54 Post Processing (Pre mode vs Post mode) *Inspect Forces on anchors SRM > Truss Element Forces > Axial Force *Inspect Failure Surface SRM * > Solid Strains > Max Shear -54

55 Contents Parte. Objetivos Parte. Introducción Parte. Estabilidad de Taludes Parte 4. Estabilidad de Taludes Parte 5. Conclusión Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering

56 Conclusión Midas tiene capacidades para analizar la estabilidad de taludes utilizando diferentes métodos dependiendo de las dimensiones y preferencias. Los principales beneficios de la SRM y SAM son que no requiere conocimiento previo del rango, da resultados óptimos, y mayor seguridad en los resultados. Midas tiene elementos embebidos truss que permiten el fácil reforzamiento de suelo sin tener que lidiar con la conexión de nodos a lo largo del reforzamiento. Gráficos de contorno permiten una verificación rápida y gráficas ayudan en la extracción de información detallada para el área de interés. Los resultados obtenidos de la simulación D correcta da confianza para los ingenieros geotécnicos y resulta en diseño óptimo por el ingeniero estructural. 56

57 Preguntas? Integrated Solver Optimized for the next generation 64-bit platform Finite Element Solutions for Geotechnical Engineering