Geoutility

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I GeoUtility GeoUtility Parte I GeoUtility 1 1 Taylor ................................................................................................................................... 1 2 Anclajes ................................................................................................................................... 2 3 Seismic................................................................................................................................... Spectrum 3 4 Empujes ................................................................................................................................... 10 5 Tierras ................................................................................................................................... armadas 10 6 Carga ................................................................................................................................... última 12 Com puto pilotes .......................................................................................................................................................... 13 7 Clasificación ................................................................................................................................... suelos 13 8 Calcolo ................................................................................................................................... di Kh 14 9 Barreras ................................................................................................................................... contra la caída de rocas 15 10 Converter ................................................................................................................................... 19 11 DrawSection ................................................................................................................................... For autocad 20 12 Asientos ................................................................................................................................... 22 13 SMC (Soil ................................................................................................................................... material Classification) 24 Parte II Contacto 27 © 2012 Geostru Software I 1 1 GeoUtility GeoUtility GeoStru GeoUtility Selección de software de ayuda al profesional del sector geológico y geotécnico. 1.1 Taylor TAYLOR © 2012 Geostru Software GeoUtility 2 El método de Taylor permite calcular determinados valores del ángulo de resistencia al corte e inclinación de la talud, la altura crítica, Hc, para un círculo de ruptura que atraviesa el pie de la talud. Hc = (c/(gamma))*Ns Habiendo indicado con: Ns c gama Factor de estabilidad Cohesión Peso específico Ns ha sido obtenido por el diagrama de Taylor La verificación ha sido efectuada con la siguiente fórmula: Fs = Ns * c / (gamma * Hc) 1.2 Anclajes CÁLCULO DEL LARGO DE LA CIMENTACIÓN El largo de las cimentación es la máxima entre: El largo necesario para garantizar el equilibrio entre esfuerzo aplicado al anclaje y la resistencia lateral del terreno. Largo necesario a garantizar la adhesión de la lechada del terreno. Para las condiciones de equilibrio de carga aplicada a la resistencia del terreno podemos escribir: Lf = Nfu/ (π·D·τmedia) τmedia= γ·t·Ks·tg(δ) + ca Nfu= Ne·Fs Nfu Ne Fs D t Ks δ ca © 2012 Geostru Software Esfuerzo normal último del terreno de cimentación Tensión del proyecto Factor de seguridad sobre la tensión del anclaje Diámetro de la cimentación Profundidad normal de la cimentación Coeficiente de empuje Ángulo de rozamiento terreno anclaje Adhesión 3 GeoUtility Para las condiciones de adhesión de la lechada y el terreno: Lf=Ne/(π·d·τc) d τc 1.3 suma de los diámetros de los ramales tensión admisible de adhesión Seismic Spectrum NOTAS TEÓRICAS Il programma si rifà alla Ordinanza n. 3274 del 20/03/03 della Presidenza del Consiglio dei Ministri – Prim i e le m e nt i in m a t e ria di c rit e ri ge ne ra li pe r la c la ssific a zione sism ic a de l t e rrit orio na ziona le e di norm a t iv e t e c nic he pe r le c ost ruzioni in zona sism ic a. Queste norme disciplinano la progettazione e la costruzione di nuovi edifici soggetti ad azioni sismiche, nonché la valutazione della sicurezza e gli interventi di adeguamento su edifici esistenti soggetti alle stesse sollecitazioni. Per poter definire l'azione sismica di progetto le norme stabiliscono 5 categorie di profilo stratigrafico del suolo di fondazione (le profondità sono riferite al piano di posa delle fondazioni): A- F orm a zioni lit oidi o suoli om oge ne i m olt o rigidi caratterizzati da valori di VS30 superiori a 800 m/s, comprendenti eventuali strati di alterazione superficiale di spessore massimo pari a 5 m. B- De posit i di sa bbie o ghia ie m olt o a dde nsa t e o a rgille m olt o c onsist e nt i, con spessori di diverse decine di metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di VS30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero resistenza penetrometrica NSPT > 50, o coesione non drenata cu > 250 KPa). C- De posit i di sa bbie e ghia ie m e dia m e nt e a dde nsa t e o a rgille di m e dia c onsist e nza, con spessori variabili di diverse decine fino a centinaia di metri, caratterizzati da © 2012 Geostru Software GeoUtility 4 valori di VS30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (15 < NSPT > 50, 70 < cu > 250 KPa). D- De posit i di t e rre ni gra nula ri da sc iolt i a poc o a dde nsa t i oppure c oe siv i da poc o a m e dia m e nt e c onsist e nt i, con spessori variabili di diverse decine fino a centinaia di metri, caratterizzati da valori di VS30 < 180 m/s (NSPT < 15, cu < 70 KPa). E- Profili di t e rre no c ost it uit i da st ra t i supe rfic ia li a lluv iona li, con valori di VS30 simili a quelli dei tipi C o D e spessore compreso tra 5 e 20 m, giacenti su di un substrato di materiale più rigido con VS30 > 800 m/s. Per l'applicazione delle stesse norme, inoltre, il territorio nazionale viene suddiviso in zone sismiche, ciascuna contrassegnata da un diverso valore dell’accelerazione orizzontale massima (ag) su suolo di categoria A. Questi valori da adottare in ciascuna delle zone sismiche, espressi come frazione della gravità g, sono: Zona Valori di ag 1 0,35g 2 0,25g 3 0,15g 4 0,05g Lo spe t t ro di rispost a e la st ic o è costituito da una forma spettrale (spettro normalizzato), considerata indipendente dal livello di sismicità, moltiplicata per il valore dell'accelerazione massima (amax = agS) del terreno che caratterizza il sito. Le espressioni che definiscono lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale è definito dalle espressioni seguenti: ag S 1 Se T ag S 2,5 Se T ag S 2,5 0 < T < TB TB = T < TC TC = T < TD © 2012 Geostru Software T TB Se T 2,5 1 TC T 5 GeoUtility Se T ag S 2,5 TD = T TC TD T2 dove: fattore che tiene conto del profilo stratigrafico del suolo di fondazione; S fattore che tiene conto di un coefficiente di smorzamento viscoso equivalente , espresso in punti percentuali, diverso da 5 ( 10 5 T = 1 per = 5%): 0,55 periodo di vibrazione dell'oscillatore semplice; TB, TC, TD periodi che separano i diversi rami dello spettro, dipendenti dal profilo stratigrafico del suolo di fondazione. I valori di TB, TC, TD per le componenti orizzontali del moto e per le categorie del suolo di fondazione sono i seguenti: Categoria di suolo A B, C, E D S TB TC TD 1,00 1,25 1,35 0,15 0,15 0,20 0,40 0,50 0,80 2,0 2,0 2,0 Lo spettro di risposta elastico della componente verticale è definito dalle espressioni seguenti: 0,9a g S 1 S ve T 0,9a g S 3,0 S ve T 0,9a g S 3,0 0 < T < TB TB = T < TC TC = T < TD T TB S ve T 3,0 1 TC T © 2012 Geostru Software GeoUtility S ve T 0,9a g S 3,0 TD = T 6 TC TD T2 con i valori dei parametri che definiscono la forma spettrale riportati di seguito: Categoria di suolo S TB TC TD A, B, C, D, E 1,00 0,15 0,40 2,0 Lo spe t t ro di rispost a e la st ic o de llo spost a m e nt o si può ottenere per trasformazione diretta dello spettro di risposta elastico delle accelerazioni: S De T Se T T 2 2 Ai fini del progetto, le capacità dissipative delle strutture possono essere messe in conto attraverso un fattore riduttivo delle forze elastiche, denominato fa t t ore di st rut t ura q. Lo spe t t ro di proge t t o pe r lo st a t o lim it e ult im o per le componenti orizzontali, pertanto, viene definito dalle seguenti espressioni: ag S 1 Sd T ag S 2,5 q Sd T ag S 2,5 TC q T Sd T ag S 2,5 TC TD q T2 0 < T < TB TB = T < TC TC = T < TD TD = T © 2012 Geostru Software T 2,5 1 TB q Sd T 7 GeoUtility Invece lo spe t t ro di proge t t o pe r lo st a t o lim it e ult im o per la componente verticale è dato dalle seguenti espressioni, dove q assume il valore di 1,5 per qualunque tipologia strutturale e di materiale: 0,9a g S 1 S vd T 0,9a g S 3,0 q S vd T 0,9a g S 3,0 TC q T S vd T 0,9a g S 3,0 TC TD q T2 0 < T < TB TB = T < TC TC = T < TD TD = T Lo T 3,0 1 TB q S vd T spe t t ro di proge t t o pe r lo st a t o lim it e di da nno può essere ottenuto riducendo lo spettro di risposta elastico secondo un fattore pari a 2,5. Per gli edifici in cemento armato il fa t t ore di st rut t ura q è dato dalla seguente espressione: q = qoKDKR dove: qo è legato alla tipologia strutturale, KD è un fattore che dipende dalla classe di duttilità e KR è un fattore che dipende dalle caratteristiche di regolarità dell'edificio. I valori di qo sono i seguenti: Tipologia Strutture a telaio qo 4,5 u/ 1 Strutture a pareti u/ 1 Strutture miste telaio-pareti u/ 1 Strutture a nucleo 3,0 © 2012 Geostru Software GeoUtility 8 Il fattore KD vale: CD”A” (Classe di duttilità alta) CD”B” (Classe di duttilità bassa) KD = 1,0 KD = 0,7 Il fattore KR vale: Edifici regolari in altezza KR = 1,0 Edifici non regolari in altezza KR = 0,8 è il moltiplicatore della forza sismica orizzontale per il quale il primo elemento 1 strutturale raggiunge la sua resistenza flessionale è il moltiplicatore della forza sismica orizzontale per il quale si verifica la formazione u di un numero di cerniere plastiche tali da rendere la struttura labile. Procedendo ad un'analisi non lineare, il valore di u/ 1 è il seguente: edifici a telaio di un piano u/ 1 = 1,1 edifici a telaio a più piani, con una sola campata u/ 1 = 1,2 edifici a telaio con più piani e più campate u/ 1 = 1,3 edifici a pareti non accoppiate u/ 1 = 1,1 edifici a pareti accoppiate o miste telaio pareti u/ 1 = 1,2 Per gli edifici in acciaio il fa t t ore di st rut t ura q è dato dalla seguente espressione: q= qo R dove qo è il valore di riferimento di q dipendente dalla tipologia strutturale e dai criteri di dimensionamento adottati (classe di duttilità), R è un coefficiente di riduzione che tiene conto delle risorse di duttilità locale delle membrature impiegate. qo viene riportato nella seguente tabella: TIPOLOGIA STRUTTURALE CLASSE DI DUTTILITA' BASSA © 2012 Geostru Software ALTA 9 GeoUtility CLASSE DI DUTTILITA' TIPOLOGIA STRUTTURALE Strutture intelaiate 4 Controverti reticolari concentrici 4 Controverti eccentrici 4 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 Per una analisi non lineare il valore di 5 u/ 1 4 5 u/ 1 ----- u/ 1 è il seguente: edifici a telaio di un piano u/ 1 = 1,1 edifici a telaio a più piani, con una sola campata u/ 1 = 1,2 edifici a telaio con più piani e più campate u/ 1 = 1,3 edifici con controventi eccentrici u/ 1 = 1,2 In accordo con la categoria delle membrature in cui sono collocate le zone dissipative, R ha il valore seguente: duttili plastiche snelle R = 1,00 R R = 0,75 = 0,50 Per gli edifici con strutture miste acciaio-cemento armato per il calcolo del fa t t ore di st rut t ura q si applicano le prescrizioni precedenti. Per gli edifici in muratura, infine, il fa t t ore di st rut t ura q è calcolato in base al tipo di tecnica costruttiva utilizzata: edifici in muratura ordinaria q = 1,5 edifici in muratura armata q = 2,0 – 3,0. © 2012 Geostru Software GeoUtility 1.4 10 Empujes CÁLCULO DEL EMPUJE ACTIVO EN CONDICIONES SÍSMICAS El empuje activo en condiciones sísmicas se evalúa según la teoría de Mononobe e Okabe (1926-1929), sobre la base de un análisis pseudo-estático como extensión de la teoría de Coulomb para un terreno no saturado en ausencia de cohesión. Complementando las fuerzas existentes en condiciones estáticas, sobre la cuña de ruptura actúan las fuerzas pseudo-estáticas horizontales y verticales unidas a la masa de la cuña de las aceleraciones: ah = khg e av = kvg. Los datos solicitados para la determinación del empuje y de la amplitud de la cuña de ruptura con respecto al horizontal son: - H altura de la pared; - peso específico; - ángulo de resistencia al corte; - ángulo de inclinación de la pared interna con respecto a la vertical; - ángulo de rozamiento tierra - muro; - kh e kv coeficientes sísmicos horizontales y verticales. 1.5 Tierras armadas MUROS EN TIERRAS ARMADAS Los muros en tierra armada utilizan la técnica de los refuerzos, constituidos por barras, cintas metálicas, hojas de geotextil o grillas, en el terreno de llenado con el cual se realiza un muro. El terreno de llenado generalmente se compone por material granuloso y refuerzos, ya sean, cintas metálicas, hojas de geotextil, son unidas al revestimiento del cual forman parte, como en el caso de las geogrillas que generalmente son dobladas para constituir el revestimiento. Este último es importante ya que además de representar un elemento de impacto visual más o menos agradable constituye un impedimento a la erosión de los refuerzos El proyecto de una tierra reforzada considera que los refuerzos tiene que contrastar una cuña de empuje activo de Rankine o Coulomb a través de la resistencia que se desarrolla a una profundidad z del terraplén para la presencia de rozamiento entre refuerzo y terreno para la presencia de la presión vertical z que actúa sobre el mismo. © 2012 Geostru Software 11 GeoUtility Naturalmente se asume que para las tensiones de tracción inducidas sobre el refuerzo por efecto del empuje, actúan más allá de las extensiones de la cuña de ruptura. Sobre cada tira i actuará un esfuerzo de tracción igual a: T i = Ac qi donde: Ac = área de la tira, el cálculo es referido a un metro de profundidad teniendo en cuenta del espacio s entre refuerzos (barras o tiras metálicas); qi = presión lateral inducida por el empuje y eventuales sobrecargas del terraplén. Naturalmente se tiene que verificar la siguiente igualdad: con Pah empuje activo horizontal El largo Le de los refuerzos, para calcular además de la amplitud de la cuña en correspondencia de cada refuerzo, será tal de hacer desarrollar una resistencia de rozamiento Fr igual a T i . Tal largo depende del coeficiente de rozamiento f = tang entre suelo y refuerzo, con alícuota de ángulo de resistencia al corte del terreno. Para las tiras metálicas y las hojas de geotextil la resistencia se desarrolla sobre dos caras a contacto con el terreno mientras que para las barras sobre la superficie lateral, la misma igual a la presión normal del refuerzo z multiplicada por el coeficiente de rozamiento f. En sustancia, tendremos: Para tiras Para barras Per hojas Fr = 2( z) tang b×Le) T i Fr = D( z) tang (Le) Ti Fr = 2( z) tang 1×Le) T i Donde b representa el ancho de las tiras metálicas de espesor t, mientras D es el diámetro de las barras. Generalmente con s es indicado el intereje entre tiras o barras metálicas y el cálculo es efectuado sobre el número de barras o tiras que recaen en un metro. Por la condición de igualdad con T i se determina el largo Le, eficaz al deslizamiento, eventualmente aumenta de un coeficiente de seguridad Fs. Para cada tipología de refuerzo, una vez determinado el esfuerzo de tracción solicitante, es efectuada la verificación sobre la tensión máxima de tracción que no tiene que superar el valor admisible o último de resistencia del material del cual es construido el refuerzo. En caso de superar dicho valor, se tendrá que aumentar la sección del refuerzo o la resistencia y luego repetir el cálculo. El largo total L0, necesario para superar la cuña de ruptura y desarrollar la resistencia de rozamiento, será dada por: © 2012 Geostru Software GeoUtility 12 L0 = Lr + Le Con Lr ancho de la cuña de empuje activo evaluado generalmente, en correspondencia del primer refuerzo, donde la amplitud de la cuña es mayor. A este punto serán efectuadas las consuetas verificaciones de ruptura para carga límite de terreno de cimentación sobre el cual apoya la tierra armada y además aquella de desplazamiento a lo largo de la base. 1.6 Carga última CARGA ÚLTIMA EN CIMENTACIONES Cálculo de la carga última de cimentaciones superficiales y del coeficiente de recalce con los métodos de: Terzaghi Meyerhof Hansen Eurocódigo 7 © 2012 Geostru Software 13 1.6.1 GeoUtility Computo pilotes COMPUTO PILOTES DE CIMENTACIÓN Software para la estimar el computo métrico de cimentación bastante detallado previsto de círculos de endurecimiento y estribos a paso variable, tramos sin estribos etc. 1.7 Clasificación suelos CLASIFICACIÓN DE SUELOS L’Ordinanza 3274 del 20/03/03 del Presidente del Consiglio dei Ministri ha introdotto la nuova normativa tecnica in materia di progettazione antisismica. Tra le importanti novità relative alle metodologie di calcolo delle strutture è stato introdotto l’uso di coefficienti per la determinazione dello spettro elastico di risposta che dipendono la classificazione dei suoli, per la definizione dell’azione sismica di progetto, in 5 categorie principali (dalla A alla E) a cui ne sono aggiunte altre 2 (S1 ed S2 per le quali sono richiesti studi speciali per definire l’azione sismica da considerare), distinte sulla base del parametro Vs30, o in alternativa del valore di NSPT o cu (tabella 1). TIPO DI TERRENO PROFILO STRATIGRAFICO PARAMETRI Vs30m/s NSPT cu kPa Formazioni litoidi o suoli A > 800 molto rigidi B Depositi di sabbie e ghiaie < 800 > 50 > 250 molto addensate… > 360 C Depositi di sabbie e ghiaie < 360 < 50 < 250 mediamente… > 180 > 15 > 70 D Depositi di terreni granulari < 180 < 15 < 70 da sciolti ….. E Profili di terreno costituiti da strati superficiali… S1 Terreni con almeno 10 m di < 20 < 100 argille/limi a bassa …. > 10 S2 Terreni soggetti a liquefazione ---tabella 1: categoria dei suoli di fondazione (O.PC.M. 3274; D.M. 14.09.05); in evidenza il parametro Vs30 © 2012 Geostru Software GeoUtility 14 Il parametro Vs30, rappresenta la velocità media di propagazione delle onde S entro 30 m di profondità (al di sotto del piano di fondazione) ed è calcolato mediante la seguente espressione: Vs30=30/Σi=1,N h1/V1 dove h1 eV1 indicano rispettivamente lo spessore in metri e la velocità delle onde di taglio (per deformazioni di taglio γ <10-6) dello strato i-esimo per un totale di N strati presenti nei 30 metri superiori. Il programma sulla base delle Vs30 inserite effettua la classificazione. 1.8 Calcolo di Kh KH Para el análisis de pilotes bajo fuerzas horizontales en la verificación al deslizamiento es necesario conocer el coeficiente de reacción horizontal. En el siguiente programa el módulo es determinado por la fórmula de Chiarugi Maia según dicha fórmula el kh es función de: Módulo edométrico, módulo elástico del pilote, diámetro del pilote, coeficiente de Poisson. Metodo di Chiarugi Maia k h = Edom / (D * (1 - Ni * Ni)) * (((Edom * D * D * D * D) / (Ep * j)) ^ (1 / 12)) Edom: Ni: Ep: D: J: Módulo edométrico Coeficiente de Poisson Módulo elástico de la sección, si es en ca {Ep= 18000 * Sqr(Rck)} Diámetro del pilote Momento de inercia de la sección si es circular {j = pi * D ^ 4 / 64} Módulos elásticos en kg/cm²; largo en cm Si varía con la profundidad en modo lineal (terrenos NC o bien terrenos sin cohesión) kh = kh * z / D z: © 2012 Geostru Software Profundidad (evaluada a mitad del estrato) 15 1.9 GeoUtility Barreras contra la caída de rocas Barreras contenedoras rígidas o elásticas Las barreras contra el desprendimiento de rocas a form a de re d son generalmente compuestas por: una estructura de interceptación por una estructura de sostén por una estructura de conexión una estructura de cimentación. Este tipo de barreras pueden subdividir en dos categorías: 1. barreras de deformación limitadas (rígidas), proyectadas para arrestar el boque en espacios reducidos; 2. barreras de alta deformación (flexibles), proyectada para arrestar bloques con elevadas energías a través de un trabajo ya sea elástico que plástico. Las barreras a red ofrecen una limitado impacto ambiental, una limitada invasión del ambiente en fase de puesta en obra, rapidez de ejecución de la obra, posibilidad de colocación de la barrera a cualquier altura, un notable abatimiento del riesgo si son colocadas en más filas, se adaptan al perfil del terreno, costos contenidos y de fácil mantenimiento y restauración. Este tipo de defensa tiene que ser en grado de resistir al impacto y disipar la energía cinética poseída por el bloque. 1) barreras poco deformables En la mayor parte de los casos el bloque golpea la red que al deformarse, dispersa la energía cinética del impacto. La energía dispersa se puede calcular a través de la siguiente relación: 1 E d kgcm 1 M Af 2 L Al 2 Nf donde M = módulo elástico de los cables, generalmente ubicados a 220.000 kg/cmq; Af (cm2) = p x (Df / 2)2, área trasversal de los cables; Df (cm) = diámetro de los cables; Al (cm) = (ap / 100) x L, extensión máxima de los cables; ap (%) = extensión porcentual del cable,generalmente igual a 8; L (cm) = largo total de un solo cable; Nf = números de cables involucrados 2) barreras bastante deformables © 2012 Geostru Software GeoUtility 16 Cuando la energía disipada por la red es menor a la prevista por el impacto más violento (Ed < Ecmax), se utilizan las berreras elásticas en las cuales entran en función los disipadores de energía. Un disipador consiste en un lazo de cable de acero cerrado por un perno de fricción. Cuando el bloque choca contra la red, el lazo se desplaza en el interior del perno de fricción disipador para el rozamiento una fracción de la energía cinética del bloque que impacta. La energía dispersa por los disipadores es dada por: E cmax - E d Lc Nd 2 E f kgcm donde Ecmax – Ed = fracción de energía cinética sin disipar por la deformación de la red; Lc = largo del lazo, generalmente 90 cm; Nd = número de disipadores que entran en función. La presión ejercida por los pernos en la fijación en cambio es dada por: 3 Ps (kg/cm 2 ) Ef Ca Sc dove Ca (cm) = coeficiente de rozamiento acero-acero, igual a 0,2; Sc (cm2) = superficie de contacto cable-perno, igual a [2 / 3 (p Df) – (0,2 x 0,2)] x l l (cm) = largo del contacto cable-perno. 3) Choque absorbido por el sostén Si el bloque impacta sobre uno de los montantes de acero que soporta la red, es importante verificar la cantidad de energía que puede ser disipada en el choque y la necesidad de eventuales anclajes. La energía cinética disipada es dada por: 4 E dp kgcm con F (kg) elástica; Mra (cm3) Sa (kg/cm2) H (cm) Ma (kg/cm2) Ja (cm4) 1 2 F2 H3 3 Ma Ja = Mra x Sa / H, máxima fuerza absorbida por el sostén en fase = módulo de resistencia del acero; = resistencia a tracción por el acero; = altura afuera de la tierra del montante; = módulo elástico del acero; = momento de inercia del acero. La correspondiente máxima deformación del acero es dada por: 4 D max cm © 2012 Geostru Software F H3 3 Ma Ja 17 GeoUtility En la hipótesis en que la deformación de los sostenes quede en fase elástica, la energía cinética absorbida por los anclajes será dada por: 4 E da kgcm 1 Mf 2 Af 2 D ef Na H donde: Mf (kg/cm2) = módulo elástico del cable; Def (cm) = Dmax/cos2q, extensión del cable relativo a la máxima deformación elástica del montante; q (°) = ángulo entre anclaje y montante; Na = número de los anclajes solicitados. Si en cambio se toma en consideración la máxima deformación que puede ser absorbida por los cables se obtiene: 4 E da kgcm 1 Mf 2 Af H 2 D efmax Na donde: Defmax (cm) = (Almax/100) x Lt, extensión máxima soportada por el cable de acero; Almax (%) = extensión, máxima del cable; Lt (cm) = largo total del cable. Terraplenes y muros contra desprendimientos Los terraplenes actuantes como protección de caídas de rocas en tierra reforzada, de estructura de forma trapezoidal, formada por materiales de grana gruesa eventualmente armado con geogrillas que sirven para proteger infraestructuras de gran extensión, tanto que el desarrollo longitudinal de la obra puede superar los cien metros con altura de 6 ¸ 8 m y ancho de 10 ¸ 12 m a la base y 4 ¸ 5 m a la cima. Completando la obra, inmediatamente a monte del terraplén, excavación perfilada que sirve a moderar la caída de las rocas y la recolección. Los muros rígidos, utilizados para crear un obstáculo a bloques hasta fino a 2 m3, son dimensionados como un muro a gravedad influenciado por la acción dinámica del bloque. Por último existen estructuras mixtas en las cuales el terraplén es sostenido cuesta arriba por un muro o por gaviones. En el caso de terraplenes la profundidad de penetración puede ser evaluada con la siguiente relación de Kar (1979). Primero se calcula la variable Z con la: © 2012 Geostru Software GeoUtility 27183 5 Z 1,25 Em Ea N s P V 1000 d 2,31 18 1,25 donde s (kPa) = resistencia a la compresión simple de la estructura; N = factor de forma igual a 1 para un bloque puntiagudo o a 0,72 para un bloque de forma plana; Em (kPa) = módulo de elasticidad del bloque; Ea (kPa) = módulo de elasticidad de la estructura (utilizar el módulo de elasticidad del acero); P (kg) = peso del bloque; d (m) = diámetro máximo del bloque; V (m/s) = velocidad de impacto del bloque. Por lo tanto se calcula la profundidad de penetración de: 6 z cm 2d Z se 7 z cm d Z 1 z d se 2 z d 2 Ya que son posibles ambas soluciones, se procede tomando en cuenta el valor mayor y verificando que sea satisfactoria la condición z/d, de lo contrario se tomará como resultado el otro valor de z calculado. En el caso de una estructura a muralla o en hormigón, en cambio se tiene: 8 Z 120328 N s Em Ea 1,25 P d 2,8 V 1000 1,8 la fuerza de impacto de un bloque sobre una estructura que puede ser evaluada partiendo de la experiencia de McCarty & Carden (1962), Karr (1979), Knight (1980): 9 F 2,022 donde m (kgf) g (m/s2) T (s) m V T = masa del bloque de roca igual a P/g; = aceleración de gravedad; = duración del impacto. El valor de T es dado por: 10 T donde z es dada en m e V en m/s. © 2012 Geostru Software 33,35 z V 19 GeoUtility La solicitación máxima sobre la estructura, ya sea en un terraplén o un muro, será: 11 s kg/cm 2 1000 F d2 A veces a cuesta arriba, los terraplenes son sostenidos por un muro en hormigón o por un muro de piedra, por lo cual en el cálculo se usa la 5). En el caso en que el bloque penetra a una profundidad superior al espesor del muro, será necesario evaluar la velocidad restante: 12 Vr m s 1,25 V1,25 - Vm donde Vm (m/s) es la velocidad mínima necesaria para atravesar el muro. Vm se calcula poniendo el valor del espesor del muro en lugar del parámetro z en la 6) o en la 7), según la relación (espesor muro/d), por lo tanto se determina Z y se calcula Vm por la 8). La penetración del bloque, con velocidad restante Vr, en el terraplén, será evaluado con la 5). 1.10 Converter CONVERTER Software para convertir unidades de medidas, Fuerzas, Presiones, Pesos, Longitudes, Superficies, Volumen, Ángulos, Euro e Coordenadas Cartográficas (De Gauss-Boaga a Geográfias - De Geográficas a Gauss-Boaga). Notas sobre la transformación de coordenadas cartográficas: Las fórmulas utilizadas por el programa pertenecen a la Cartografía Oficial Italiana con elipsoide orientado a monte Mario. Las coordenadas Norte tienen origen en el Ecuador (como el sistema de referencia europeo U.T.M.), mientras que para las coordenadas Este rigen las siguientes convenciones según el huso (cada uno de amplitud 6°) en el cual se encuentra el punto. 1) Huso I: Meridiano central a 9° del meridiano de Greenwich. Origen convencional de las coordenadas ESTE: 1500 Km a OESTE del Meridiano centrale. 2) Huso II: Meridiano central a 15° del meridiano de Greenwich. Origen convencional de las coordenadas ESTE: 2520 Km a OESTE del meridiano central. © 2012 Geostru Software GeoUtility 1.11 20 DrawSection For autocad GEOSTRU DRAWSECTION PARA AUTOCAD Dicho programa es una utilidad para Autocad que permite producir en automático, secciones de terreno a partir de una planimetría a curvas de nivel. Para que el programa devuelva una sección, las curvas de nivel tienen que ser necesariamente poliliíneas cuya elevación correspondan a la cota. Instalación: 1) Copiar en la carpeta de Autocad el archivo de acad.dvb. La carpeta de Autocad se individualiza haciendo un click con el pulsante derecho del mouse -> Propriedad -> Encuentra destinación. 2) Desde el menú Herramientas de Autocad seleccionar Macro y luego Macro (Alt+F8) y aparecerá la siguiente ventana: © 2012 Geostru Software 21 GeoUtility Individuar el módulo acad.dvb!Modulo1.aggiungi_menu y continuar con el pulsante ejecutar. Esta operación va ejecutada a la primera vez del uso. Configuración: Para utilizar este módulo se solicita: - Autocad versión 2002 y sucesivas (no Light) - Separador de las cifras decimales de las configuraciones internacionales “.” Para trazar una sección proceder de la siguiente manera: Desde el menú Geostru, en la barra de herramientas Autocad, seleccionar Sección, el © 2012 Geostru Software GeoUtility 22 programa solicitará el punto de inicio y luego el punto final de la sección. El inicio y el final de la linea de sección puede ser ubicado a cualquier distancia de las curvas de nivel. Luego el programa pide donde se quiere diseñar la sección. El punto que se indica representa el punto en bajo a izquierda del diseño de la sección. Del menú Geostru es posible además personalizar el diseño de la sección a través de las opciones. Exportar las secciones a través de otros software GeoStru: Slope Stability y Georock solicitan la emisión de la sección topográfica. Desde el menú Geostru > Esportar es posible exportar la sección apenas diseñada en Autocad en el formato solicitado de los respectivos programas (.edp). 1.12 Asientos CIMENTACIONES SUPERFICIALES Asientos elásticos Los asientos de una cimentación rectangular de dimensiones B L sobre la superficie de un © 2012 Geostru Software 23 GeoUtility semi espacio elástico se pueden calcular en base a una ecuación basada en la teoría de elasticidad (Timoshenko e Goodier (1951)): H q0 B ' 2 1 Es I1 1 2 I2 IF 1 (12) donde: q0 es intensidad de la presión de contacto; B' es la mínima dimensión del área reactiva; E e m son los parámetros elásticos del terreno; Ii son los coeficientes de influencia que depende de: L'/B', espesor del estrato H, coeficiente de Poisson m, profundidad de la cimentación D. Los coeficientes I1 e I2 se pueden calcular utilizando las ecuaciones de Steinbrenner (1934) (V. Bowles), en función de la relación L'/B' ed H/B, utilizando B'=B/2 e L'=L/2 para los coeficientes al centro y B'=B e L'=L para los coeficientes relativos al borde. El coeficiente de influencia IF deriva de las ecuaciones de Fox (1948), que indican que el asiento se reduce con la profundidad en cimentación del coeficiente de Poisson y de la relación L/B. para simplificar la ecuación (1-2) se introduce el coeficiente IS: IS I1 1 2 I2 1 El asiento del estrato de espesor H vale: H q0 B ' 2 1 ES IS IF Para aproximar mejor los asientos se subdivide la base de apoyo de manera tal que el punto se encuentre en correspondencia a un ángulo externo común a más rectángulos. En práctica se multiplica para un factor igual a 4 para el cálculo de asientos al centro y para un factor igual a 1 para los asientos al borde. En el cálculo de asientos se considera una profundidad del bulbo de las tensiones igual a 5B, si el sub estrato rocoso se encuentra a una profundidad mayor. Para esto viene considerado sub estrato rocoso el estrato que tiene un valor de E igual a 10 veces del estrato de arriba. El módulo elástico para terrenos estratificados es calculado como promedio ponderado los módulos elásticos de los estratos interesados por el asiento inmediato. Cimentaciones profundas: El asiento vertical ha sido calculado con el método de Davis-Poulos, según el cual el pilote es considerado rígido (indeformable) inmerso en un medio elástico, semi espacio o estrato de un cierto espesor. La hipótesis de la interacción pilote-terreno sea constantes a tratos a lo largo n © 2012 Geostru Software GeoUtility 24 superficies cilíndricas en las cuales se subdivide la superficie lateral del pilote. El asiento de la superficie de forma general superficie i para el efecto de carga transmitido por el pilote al terreno a lo largo de la superficie j-eximida se puede expresar: Wi, j j E B Ii, j habiendo indicado con: j = Aumento de tensión relativo al punto medio de la banda. E = Módulo elástico del terreno. B = Diámetro del pilote. Ii,j = Coeficiente de influencia. El asiento total se obtiene sumando W i,j por todas las j áreas. 1.13 SMC (Soil material Classification) Un terreno è un aggregato naturale di grani minerali che possono essere allontanati con una semplice agitazione meccanica o con una agitazione in acqua. I termini più frequenti per descrivere un terreno sono: ghiaia, sabbia, limo, argilla. Allo stato naturale i terreni sono costituiti da una miscela di due o più di questi costituenti. Le ghiaie e le sabbie sono conosciute come terreni a grana grossa, i limi e le argille come terreni a grana fine. Un'altra distinzione che si può fare è quella fra terreni coerenti e terreni incoerenti: i primi presentano una resistenza non trascurabile alla trazione, quando sono asciutti, mentre perdono ogni consistenza dopo impregnazione in acqua; i secondi presentano resistenza e trazione sempre nulle. I terreni a grana grossa vengono riconosciuti basandosi principalmente sulle dimensioni dei grani; la ghiaia ha grani di diametro maggiore di 2 mm, mentre la sabbia da grani di diametro compreso tra 2 e 0,063 mm. Fra i terreni a grana fine sono i limi a rappresentare la parte più grossa e a possedere poca o nulla plasticità e coesione. I limi, dal punto di vista granulometrico, sono quelli compresi tra il limite inferiore delle sabbie e 0,002 mm. Le argille invece sono un aggregato di particelle minerali lamellari microscopiche e submicroscopiche, caratterizzate dalle tipiche capacità colloidali della plasticità, coesione e capacità di assorbire ioni. Distinguere un limo da un'argilla basandosi solo sulle dimensioni delle particelle non è possibile dato che le proprietà fisiche significative dei due materiali sono legate solo indirettamente alle dimensioni delle particelle stesse, perciò in posto generalmente si utilizzano altri criteri. Per poter dare una descrizione adeguata dei terreni si utilizzano alcune prove di classificazione che portano a definire le proprietà indici. PARTI COSTITUENTI IL TERRENO Le caratteristiche dei terreni dipendono sostanzialmente dalle fasi che li costituiscono. Infatti la struttura di un terreno è la conseguenza di processi di interazione tra le stesse © 2012 Geostru Software 25 GeoUtility particelle e l'ambiente circostante. Le fasi (figura 1) di cui è costituito un terreno sono: fase solida, rappresentata dalle particelle minerali fase liquida, rappresentata dall'acqua interstiziale fase gassosa, rappresentata dall'aria Figura 1 - Sezione schematica di un campione di terreno La fase gassosa generalmente si ritiene priva di peso a differenza della fase solida e della fase liquida che sono dotate di peso. Di solito la densità dell'acqua (gw) viene assunta pari a 1 g/cm3 anche se questo valore è corretto alla temperatura di 4°C. GRANDEZZE INDICE Le proprietà indici stabiliscono importanti caratteristiche dei terreni ed esprimono relazioni esistenti tra le varie fasi e i rispettivi pesi e volumi. Proprietà indici fondamentali sono le seguenti: – Indice dei vuoti e = volume dei vuoti riferito al volume della fase solida. Risulta maggiore di 1 quando il volume dei vuoti è maggiore del volume delle particelle solide ed è una misura di densità è quindi una delle caratteristiche più importanti per la definizione di un terreno. – Porosità n = volume dei vuoti riferito al volume totale. Come l'indice dei vuoti, la porosità è una misura della densità del terreno, però trova maggiore applicazione nei problemi di filtrazione. Di solito è espresso in percentuale. – Peso di volume secco gd = rapporto tra peso dell'intero campione e volume totale. – Peso di volume saturo gsat = rapporto tra peso dell'intero campione e volume totale. © 2012 Geostru Software GeoUtility 26 – Peso specifico dei grani G = rapporto tra peso di volume della parte solida e peso di volume dell'acqua. – Contenuto d'acqua w = rapporto fra peso della fase liquida e peso della fase solida. Solitamente è espresso in percentuale e viene talvolta indicato come percentuale di umidità. Questo indice è significativo per i terreni poichè può stabilire correlazioni con il comportamento meccanico. RELAZIONI ESISTENTI FRA LE PROPRIETA' Tra le varie proprietà indici esistono varie correlazioni riportate nella seguente tabella: © 2012 Geostru Software 27 2 GeoUtility Contacto Ge oS tru S oftw a re Skype Nick: geostru_support_it-eng-spa Web: www.geostru.com E-mail: [email protected] © 2012 Geostru Software