Estudio de las Pantallas Ancladas de Hormigón Armado por el Método de los Elementos Finitos". Aplicación al Mirador "Corazón de Jesús


1. Justificación.
2. Antecedentes.
3. Planteamiento y alcance del estudio.
4. Metodología.
5. Objetivos y metas.

1. Justificación.

Debido a la necesidad que se tiene en diferentes ramas de la construcción de la estabilización de taludes, es que se presenta como una alternativa, poco usada en el medio.

Es necesario tomar en cuenta las ventajas que representa el uso de estas pantallas, como ser su fácil modelación a la geometría requerida, la disminución de espacio requerido para el emplazamiento de la obra, en comparación con los muros de gravedad.

Además surge la necesidad de mejorar el cálculo y diseño de estas estructuras, las cuales hasta ahora han sido calculadas y diseñadas, basado en supuestos empíricos y en trabajos de laboratorio para ciertas condiciones especiales, sobre todo teniendo en cuenta que el estudio de suelos también sigue siendo un tanto empírico, lo cual ya acarrea un alejamiento de las condiciones reales en las que trabajan estas estructuras.

Y sobre todo surge la necesidad de optimizar el uso de materiales y reducir los factores de seguridad que están sobredimensionando estas estructuras, en contra de la economía y haciendo que estas estructuras se mantengan en la inviabilidad y el desuso; puesto que al estudio de suelos con factores empíricos, se le debe de añadir los factores empíricos del estudio de estas estructuras, que por consiguiente acarrean sobre-dimensionamientos a nombre de la seguridad.

El Método de los Elementos Finitos, introduce a los estudiantes y profesionales en los temas pertinentes al análisis estructural moderno.

Este tipo de análisis ayuda a los ingenieros a corregir fallas en estructuras de cualquier tipo y dimensión, y se presenta como una alternativa a los métodos tradicionales utilizados hasta ahora en el país.

El Método de los Elementos Finitos es una poderosa herramienta de análisis y diseño, para todas las ramas de ingeniería, permitiendo identificar el comportamiento de cualquier continuo, sólido, líquido o gaseoso, ante acciones externas, como cargas gravitacionales, temperatura, fatiga ó magnetismo.

Hay que tomar en cuenta además que el Método de los Elementos Finitos es una técnica numérica muy poderosa que, por una parte facilita el estudio de diferentes estructuras acercándose a una modelación más cercana a la realidad, y además surge el apoyo de sofware comercial disponibles en el mercado, que brindan el apoyo sustancial a este método haciéndolo cada vez más usado debido al adelanto tecnológico de estos tiempos.

Estos paquetes contienen varios módulos que permiten la creación del modelo ( pre-procesamiento ), el análisis del mismo ( procesamiento ) y la visualización de los resultados ( post-procesamiento ).

La simulación numérica de estos procesos, constituye una significativa ventaja comparativa para aquellas que disponen de los instrumentos necesarios; una simple y económica simulación numérica de una estructura en problemas puede poner en evidencia fallas ocultas y así ahorrar considerables cantidades de dinero o inclusive salvar vidas humanas.

Una simple y económica simulación computacional previa de la estructura, puede poner en evidencia fallas ocultas y así ahorrar considerables cantidades de dinero, e inclusive salvar vidas humanas.

La simulación numérica permite también la obtención de diseños óptimos, lo cual sería imposible de otra manera.

El SAP 2000, ofrece varios elementos que pueden ser utilizados para modelar concreto y acero respectivamente.

El sofware comercial, SAP 2000, esta diseñado para que el ambiente de análisis sea fácil de usar, confiable, flexible y eficiente, que son los ingredientes claves en ingeniería.

La existencia de Empresas Consultoras, que brindan Servicios de Consultoría mediante el Método de los Elementos Finitos conlleva el beneficio del "valor añadido" que esta técnica aporta a sus diseños, sin necesidad de realizar elevadas inversiones de dudosa justificación en la compra de sofware, del cual se aprovechará una péqueña parte en aplicaciones.

Dentro del campo estructural se pueden realizar los:

- Análisis lineales estáticos y dinámicos ( modales, de respuesta armónica, transitorios, sísmicos, de fatiga, de vibraciones aleatorias, etc. )

- Análisis no lineales ( no linealidad geométrica, pandeo no lineal, simulación de procesos evolutivos, etc. ).

2. Antecedentes.

a.) Generales.

- Necesidad de la estabilización de taludes para favorecer la ejecución de obras civiles.

- El costo del Hormigón Armado es relativamente accesible.

- Una nueva alternativa en la estabilización de taludes.

- Con el transcurso de los años se han desarrollado método generales para analizar problemas de naturaleza discreta.

- El Método de los Elementos Finitos, dentro de los métodos numéricos, forma parte de la ingeniería moderna.

- El espectro de problemas que pueden ser analizados mediante éste método es muy amplio e incluye aplicaciones en Ingeniería Mecánica, Civil, Aeronáutica, Naval, Petrolera y otras.

- El Método de los Elementos Finitos tiene aplicación en un espectro amplio de campos de la ingeniería civil, abarcando tanto modelos mecánicos mediante cálculos estáticos o dinámicos para estructuras o cimentaciones, como modelos de potencial aplicables al flujo en medios porosos, transmisión de calor, o electrostático.

- El empleo sistemático de la computación en el diseño, mantenimiento y evaluación de procesos, equipos industriales, obras civiles, etc., se ha hecho cotidiano en los países industrializados.

- Las aplicaciones y la resolución de casos prácticos en el ordenador, son una componente esencial, además de ventajosa en el análisis estructural y de otro tipo de problemas en ingeniería.

- Existen numerosos programas de elementos finitos: PATRAN, NASTRAN, ABAQUS, ROBOT, LUSAS, ARIES, FEA, ANSYS, SAP 2000, etc., por nombrar algunos; que puede ser utilizados para resolver un amplio rango de problemas de ingeniería.

b.) Particulares.

- No requiere de grandes espacios para su emplazamiento.

- Su construcción puede servir con carácter ornamental y arquitectónica.

- Los métodos empleados en su cálculo y dimensionamiento son basados en estudios empíricos.

- El auge del Método de los Elementos Finitos en este tiempo.

- El acercamiento de la modelación por el Método de los Elementos Finitos a la realidad de funcionamiento de la estructura.

- La aparición de sofware comercial especializado y de fácil aplicación que emplea éste método para el estudio.

- El sofware comercial, SAP 2000, proporciona un archivo que contiene data del modelo y data de la historia. La Data del modelo permite definir un modelo de elementos finitos: los nodos, los elementos, propiedades de los elementos, definiciones del material, y así cualquier dato que especifique al modelo por sí mismo; la Data de la Historia define que le pasa al modelo, la secuencia de eventos ó cargas, para la cual una respuesta del modelo es solicitada.

3. Planteamiento y alcance del estudio.

- Estudio de la Mecánica de Suelos a través de una revisión bibliográfica.

- Revisión de los conceptos fundamentales del Método de los Elementos Finitos.

- Modelación de la estructura con el uso de elementos uni y bidimensionales disponibles en el Método.

- Análisis de resultados.

- Diseño de la Pantalla Anclada de Hormigón Armado.

- Modelación de la estructura a a través de sofware comercial disponible ( SAP 2000 ).

- Conclusiones y recomendaciones.

- El modelado de la geometría, cargas, propiedades del material, condiciones de borde, y otras propiedades estructurales son absolutamente necesarias para una idealización cercana a la realidad.

- Se fijaran las bases de la estructura ( condiciones de borde ), según los planos topográficos restringiendo los desplazamientos de los nodos respectivos.

- Tabulación de resultados.

- Presentación de gráficas de las características más sobresalientes de la estructura, deformada, los esfuerzos de los elementos, etc.

- El carácter del trabajo es generalista, y sobre todo de aplicación, no requiriendo por tanto una especialización excesiva acerca del Método de los Elementos Finitos; se pretende sentar de forma sólida las bases conceptuales de tipo matemático del método, aunque no se empleará un lenguaje excesivamente formal.

4. Metodología.

- La elección de los elementos depende del tipo y de la geometría de la estructura, en nuestro caso para la:

- Modelación del comportamiento del suelo haciendo uso del elemento SOLID disponible en el sofware comercial ( SAP 2000 ).

- Modelación de la Pantalla propiamente dicha, empleando el elemento SHELL disponoble en el sofware comercial ( SAP 2000 ).

- Modelación del anclaje de la Pantalla, a través del elemento BAR disponible en el sofware comercial ( SAP 2000 ).

- Análisis de diferentes estados de carga y sobre carga.

- Utilización del sofware comercial SAP 2000.

- Luego de modelar la geometría de la estructura, tomando en cuenta los criterios anteriores, se procede al mallado, la asignación de propiedades, de cargas y condiciones de borde, todo esto con el mismo sofware.

- En resumen, la definición en la computadora de la geometría de la estructura escogida, la construcción de la malla de elementos finitos, la definición de apoyos y las acciones externas, la asignación de las propiedades del material, la determinación de la respuesta estructural y finalmente el post-procesamiento de los resultados, todo esto es lo que se plantea en este trabajo, con el empleo del sofware comercial SAP 2000, de elementos finitos, muy interactivo.

5. Objetivos y metas.

- Plantear a las Pantallas Ancladas de Hormigón Armado como una alternativa en la estabilización de taludes.

- Optimizar diseños y cálculos de Pantallas Ancladas.

- Aplicar el Método de los Elementos Finitos al estudio de estas estructuras.

Trabajo enviado por:
Lowrence Daniel Farfán Gomez


 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.


Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Iniciar sesión

Ingrese el e-mail y contraseña con el que está registrado en Monografias.com

   
 

Regístrese gratis

¿Olvidó su contraseña?

Ayuda