Estaciones de metro, intercambiadores, parkings subterráneos o falsos túneles son ejemplos de infraestructuras donde se ejecutan habitualmente excavaciones profundas al abrigo de pantallas. Estas por si solas no son capaces de retener el terreno cuando se supera cierta profundidad, especialmente si se quieren minimizar los asientos en las cercanías provocados por la propia excavación. Entonces se recurre a elementos estructurales como puntales, losas y anclajes activos y pasivos entre otras soluciones.
El estudio de la estabilidad, la resistencia de las estructuras de contención y especialmente la estimación de movimientos requiere del uso del método de los elementos finitos. Pese a las limitaciones de los modelos 2D deformación plana – efectos tridimensionales de esquina, intersecciones con túneles o afecciones a edificios concretos – es habitual su uso por la rapidez de generación y modificación respecto a los modelos 3D, que se reservan para los casos imprescindibles.
Cuando se estudian estas excavaciones es habitual que haya cambios en la geología a lo largo del trazado que implican cambios en la geometría, elementos estructurales de retención, o el proceso constructivo por lo que se elabora un modelo 2D para cada uno de los distintos tipos de secciones transversales. Si a estos añadimos la cantidad de variantes y modificaciones generadas durante el propio proceso de diseño se acaba generando una cantidad importante de modelos, con sus correspondientes extracciones de resultados para análisis.
Esto consume mucho tiempo y recursos en modelización y extracción manual de resultados. En Revellín Consultoría hacemos frente a ese reto con el desarrollo de un extenso script Python que permite, a partir de una hoja Excel, generar automáticamente un modelo PLAXIS 2D de la sección de la excavación correspondiente. Además, se automatiza la extracción de resultados a Excel.
La extracción de resultados a Excel, tanto en formato de tablas como gráficos, es un aspecto clave en este tipo modelos. Los gráficos de esfuerzos y desplazamientos en la hoja de cálculo aportan importantes ventajas respecto a la visualización en el propio software:
- Permiten conocer de un vistazo el funcionamiento de las estructuras de retención, detectando posibles fallos.
- Permiten una correcta comparación entre diferentes soluciones y secciones.
- Acceso rápido a los resultados de las secciones y variantes que se van analizando ya que solo hay que abrir una hoja de cálculo. Se mejora la organización del proyecto.
- Permiten compartir la información con otros departamentos, por ejemplo, departamentos de cálculo estructural. La salida de resultados se puede ajustar a cualquier formato requerido para agilizar la interacción entre departamentos.
- Se pueden ajustar los formatos para que sirvan den entrada directa a otro software, por ejemplo, de cálculo estructural.
La variedad de soluciones de retención de tierras da lugar a la generación de un script extenso y genérico. Una vez revisado el proyecto, el script se aligera o se completa con nuevas funciones para particularizarse al caso concreto del cliente. Dentro de las posibilidades de automatización del script que hemos desarrollado encontramos:
- Terreno: definición de tantos “boreholes” como desee el usuario y posibilidad de cambiar el material en cualquier fase. Esto último útil para los cambios drenado – no drenado o reducciones ULS.
- Muros: modelados como elementos “plate”. Cualquier cantidad, cualquier tipología y longitud, con posibilidad de interfaces particulares para cada caso. Se pueden llegar a generar varias excavaciones independientes en un mismo modelo, para los estudios de interacción.
- Losas: modeladas como elementos “plate”. Incluye la definición de las conexiones: empotradas, tipo rotula o con la rigidez rotacional deseada.
- Pilotes: modelados como elementos “embedded beam”. Para representar los pilotes de la losa de fondo o pilotes de estructuras adyacentes cuya afección quiera ser estudiada.
- Anclajes: tanto activos como pasivos.
- Puntales: Los puntales pueden representarse con elementos “plate”, de la misma manera que las losas, o con elementos “fixed-end-anchor”.
- Excavación: se pueden representar casos simétricos o completos. Dentro del modelo se pueden representar tantas excavaciones independientes como se desee. Esto permite abordar hasta las geometrías más complejas. Además, se puede incluir automáticamente sobre-excavaciones.
- Condiciones hidráulicas: cambios en el nivel freático, losas drenante o pozos son ejemplo de los posibles elementos que se pueden incorporar automáticamente.
Para ilustrar el funcionamiento se plantea una demo técnica con un ejemplo relativamente sencillo basado en el ejemplo que podemos encontrar en CIRIA Report 760. Consiste en una excavación profunda en arcillas, al abrigo de una pantalla de pilotes secantes con diferentes propiedades en altura, contenido a base de losas que actúan como puntales. La losa de fondo es drenante y se ejecuta una red de pilotes a tracción para limitar su levantamiento. Aunque no se usen todas las funciones del script, se presentan en el Excel de inputs.
En resumen, esta herramienta acelera en gran medida las rutinas de modelización y cálculo, aportando rapidez, consistencia y organización tanto en la generación de modelos como en la salida de resultados. A la vez permite liberar al ingeniero para centrarse en tareas en las que una computadora no puede sustituirle: caracterización de materiales, interpretación de resultados y diseño.
Al tratarse de un desarrollo propio, el script es fácilmente adaptable a las necesidades de cada cliente. Contacte con nosotros y estudiaremos sin compromiso como puede aplicarse este procedimiento a sus proyectos de excavaciones profundas.