Manejo del Programa Plaxis 3D Tunel

GEOTECNIA

ESCUELA: INGENIERÍA CIVIL

NOMBRE: Ing. Carmen Esparza Villalba

FECHA: ABRIL – AGOSTO 2009

MANEJO DEL PROGRAMA PLAXIS
CLASE: Nro 13
1

Contenido
1. Introducción
2. Aspectos generales
3. Introducción de datos
• Configuración general
• Geometría
• Propiedades de los materiales
• Generación de mallas
• Vista en 3D.

Introducción
• Plaxis es un programa de elementos finitos
bidimensionales diseñado específicamente la realización
de análisis de deformación y estabilidad de problemas
geotécnicos.
• El programa utiliza una interfaz gráfica que permite que
los usuarios generar rápidamente un modelo geométrico
y una malla de elementos finitos basada en una sección
transversal vertical representativa del problema que se
trate.

Introducción
• La interfaz del usuario esta compuesta por
cuatro subprogramas:
• Imput.
• Calculations.
• Output.
• Curves.

Aspectos generales
• Al iniciar Plaxis 3D Tunnel aparece la ventana
Create/Open project. Aquí podemos elegir si crear
un nuevo proyecto o abrir uno ya existente.

Aspectos generales
• Si se elige crear un nuevo proyecto aparece la ventana General
settings, en la cual podemos asignar un nombre al nuevo proyecto y
elegir las unidades en las que se desea trabajar

Aspectos generales
• Después de asignar un nombre al proyecto el siguiente paso a
realizar es establecer un sistema de unidades coherente; tomando
en cuenta las unidades básicas a utlizarce que son: longitud, fuerza
y tiempo.
• Las unidades que aparecen por defecto son: metros, kilonewtons y
días.

Aspectos generales
Convención de signos
Aun cuando PLAXIS es un programa en 2D, las tensiones están
basadas en el sistema cartesiano en 3D:

Donde:
X – Coordenada Radial
Y – Coordenada Axial
Z – Dirección tangencial
sxx – Tension radial
syy – Tensión circunferencial

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

Aspectos generales
Tratamiento de ficheros
Los proyectos realizados se guardan con la extensión .PLX
Para abrir los ficheros hacemos click en el menú file/open y aparece la
siguiente venta:

En esta ventana, se puede buscar los archivos creados en PLAXIS, para
encontrarlos fácilmente en la parte derecha de la ventana aparece el
contenido del archivo.

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

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

Menú

Toolbar (general) Toolbar (geométrica)
Regla

Regla
Área de dibujo

Origen

Ingreso manual
Posición del cursor

Ingreso de datos
• La ventana principal del subprograma input contiene lo siguiente:
• Menú de introducción de datos.- contiene todos los elementos de
introducción 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 la
creación 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.

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

• Introducción manual de datos.- Se puede introducir manualmente los
valores correspondientes a las coordenadas; ambas coordenadas deberán
ir separadas por un espacio (valor de x<espacio>valor de y). Si no se
desea escribir coordenadas absolutas, sino referenciadas al punto
anterior, 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
en coordenadas (x,y) como en píxeles de la pantalla.

Ingreso de datos
Menú de ingreso de datos
• Este menú contiene submenús desplegables que cubren la mayor parte de
las opciones destinadas a gestión de ficheros, transferencia de datos, la
vista de gráficos, creación de un modelo geométrico, generación de mallas
de elementos finitos e introducción de datos en general.
• En el módulo de creación de la geometría, el menú esta constituido por los
submenús: File, Edit, View, Geometry, Loads, Materials, Mesh, Initial, Help.

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

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

Ingreso de datos
Submenús:
View:
Table.- Para ver la tabla con coordenadas x, y de todos los
puntos de la geometría. Desde la tabla se puede ajustar las
coordenadas existentes.
Rulers.- Para mostrar u ocultar las reglas a lo largo del
dibujo.
Croos hair.- Para mostrar u ocultar la retícula durante la
creación del modelo geométrico.
Grid.- Para mostrar u ocultar la cuadricula en la zona de
dibujo.
Axes.- Para mostrar u ocultar las flechas que indican los
ejes coordenados.
Snap to grid.- Para activar o desactivar los saltos a los
puntos regulares de la cuadricula.

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 objetos
geométricos similares dibujados en una sola acción de trazo sin
pulsar el boton derecho del mouse ni la tecla esc.

Ingreso de datos

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

Ingreso de datos

Submenús:
Loads:
Contiene las opciones para añadir cargas y condiciones de contorno
al modelo geométrico.

Ingreso de datos

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

Ingreso de datos

Submenús:
Mesh:
Contiene las opciones para establecer el tipo de elemento, para
generar una malla de elementos finitos y para aplicar un
refinamiento local y global a la malla.

Ingreso de datos

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

Configuración general
• La ventana general settings aparece cada vez que se inicia un
nuevo proyecto o puede ser seleccionada posteriormente
desde el submenú File.

• Esta ventana contiene las pestañas de proyecto y unidades: la
primera contiene el nombre y la descripción del proyecto, el
tipo del modelo y los datos de aceleración.
• La segunda contiene las unidades básicas de longitud, fuerza y
tiempo; 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 de
sección transversal uniforme en las que se pueda suponerse que los
correspondientes estados tensiónales y de cargas son uniformes a lo largo
de una determinada longitud perpendicular a la sección transversal. Los
desplazamientos 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 sección
transversal radial uniforme y un esquema de cargas alrededor del eje
central que permita suponer estados tenso - deformacionales idénticos
en cualquier dirección radial. En el caso axisimétrico la coordenada x
representa 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).

Deformación plana Axisimétrico

• Elementos:
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 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
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
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
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
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
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
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.

Geometría
• Un modelo geométrico está constituido por puntos, líneas y dominios. Los
puntos y las líneas son introducidos por el usuario, mientras que los
dominios son generados por el programa.
• Además de estos componentes básicos se puede añadir al modelo
geométrico objetos estructurales o condiciones especiales que simulen
revestimiento del túnel, muros, placas, interacción del suelo-estructuras o
cargas.

Nodos Anclajes

Líneas

Geometría
• 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
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.

Geometría
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS:

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
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.

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 espesor
equivalente de placa.

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 espesor
equivalente de placa.

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 de
anclaje.

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.

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.

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

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.

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

Geometría
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
homogéneo y una interfaz.
NATM túnel: Este tipo de túnel considera un revestimiento compuesto por
placas y un interfaz exterior.

Geometría

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.

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

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 a
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)

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 rotacional

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
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.

Luego de hacer clic en el ícono de propiedades de los materiales, aparece
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

Modelación del comportamiento del suelo.- El comportamiento de tensión-
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.

Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces.- Cuando no se
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.

Conjuntos de datos para materiales tipo suelo e interfaces
Modelos constitutivos de los materiales.- PLAXIS admite diversos
modelos constitutivos para simular el comportamiento del suelo y de otros
medios continuos:

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

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


Peso saturado y no saturado

Permeabilidades (kx y ky).- La introducción de los parámetros de
permeabilidad sólo es necesaria para los análisis de consolidación y los
cálculos de flujo, es necesario especificar las permeabilidades
correspondientes a todos los dominios, incluyendo las capas casi
impermeables que están consideradas como totalmente impenetrables.

Variación de la permeabilidad (ck )

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 entre
el comportamiento elástico y el elastoplástico.

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

Conjuntos de datos de materiales para placas:

Conjuntos de datos para geomallas:

Conjuntos de datos para anclajes:

Asignación de conjuntos de datos a los componentes de la
geometría :
Para asignar las propiedades a los elementos del diseño
geométrico, hacemos doble click sobre el elemento al cual
queremos asignar las propiedades y luego, aparece la
ventana de propiedades del elemento seleccionado.

Asignación de conjuntos de datos a los componentes de la
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
mallas pueden parecer desordenadas, pero su rendimiento numérico es por
lo 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.

Generación de mallas
• Después de tener el modelo geométrico completamente definido y haber
proporcionado 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
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 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
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.
– 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
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:
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 ser
utilizada para la creación de un modelo de elementos finitos
refinado.

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 fondo

Generación 3D

Plano frontal

Plano de fondo

Condiciones iniciales
Una ves creada el modelo geométrico y generada la malla de elementos
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 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 3D
tunnel 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 agua
especificado.

Nivel freático :

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 derecho
del conmutador
Se utiliza para definir la configuración inicial de la geometría
utilizada y deseleccionar los dominios que no son activos en la
situación inicial tales como (cargas, placas, geotextiles, interfaces o
dominios de suelo por encima de la superficie inicial del terreno.
El procedimiento K0 considera solamente el peso del suelo y calcula
sólo tensiones efectivas y presiones intersticiales en elementos de
suelo e interfaces.
Las cargas externas y el peso de los elementos estructurales no son
tenidos en cuenta. La activación de cargas y de objetos estructurales
en 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
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
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.

• Realizando las perforaciones:

• Realizando las perforaciones: Nivel freático

• Realizando las perforaciones: tensiones
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: Presiones i. de agua

Cálculos
• 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
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.

Cálculos
• Para iniciar el subprograma de cálculos desde el
programa input se hace clic en el ícono

Menú de cálculos Barra de
herramientas

Pestañas

Lista de faces de
cálculo

Cálculos
• Menú de 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 las
faces de cálculo.
Save.- Guarda el estado actual de la lista de cálculos.
Print.- Imprime la lista de la fase de cálculos.
Work directory.- Determina el directorio en el que se han de
almacenar los ficheros de proyectos de PLAXIS.
Exit.- Permite salir del programa.

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.

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 puntos
de tensión para generar curvas de carga – desplazamiento y
trayectorias de tensión.

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 de
cálculos.

Cálculos
• Definición de una fase cálculo:
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,
parameters y multipliers.

Cálculos
• Inserción y eliminación de una fase de cálculo:
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 están
junto al botón next.

Cálculos
• Inserción y eliminación de una fase de cálculo:

Insert
Next Delete

Cálculos
• Condiciones generales (pestaña general)
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 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.

Cálculos
• Phase:

Nombre de la
fase
Fase de
referencia

Cálculos
• Tipos de Cálculos (Calculation type):
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.

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 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.

Cálculos
• 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
• 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
estable un número de 250 pasos, aunque casi nunca se
llega a este valor

Cálculos
• Procesos iterativos: Aquí se puede elegir entre las
características estándar puesta por defecto por el programa
(recomenda), o se puede hacer clic en le botón Define y
colocar el valor más conveniente para nuestro caso. Los
valores por defecto son:
- Error: 0,03
- Número max. de iteraciones: 100
- Número min. De iteraciones: 4

Cálculos
• Procesos iterativos:

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.

Cálculos
Parámetros (parameters)
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 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.

Cálculos
Multiplicadores de carga
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
Multiplicadores de carga

Cálculos
Finalmente todas las etapas definidas aparecen en la
ventana de cálculos

Cálculos
Selección de puntos para generación de curvas
Después 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 chequeara
el esfuerzo y desplazamiento, se hace clic en y se
abre el programa output, en el cual seleccionamos los
puntos haciendo clic sobre ellos.

Cálculos
Selección de puntos para generación de curvas

Manejo del Programa Plaxis 3D Tunel

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