Cargas y acción sísmica

Las cargas exteriores se aplican sobre la superficie del terreno (una sobrecarga sobre un tramo de contorno o una fuerza en un punto), y un terremoto se representa con un coeficiente pseudoestático que actúa sobre el suelo de cada dovela. El menú Loading reúne los comandos para ambas cosas y para los registros de aceleración que integra un análisis de desplazamientos de Newmark.

2.5.1Cargas distribuidas#

Una carga distribuida es una presión sobre un tramo de contorno: una sobrecarga, una cimentación, el empuje del agua o de un relleno sobre una cara. Para añadir una:

1. Elige Loading → Add Distributed Load… y rellena el diálogo (Tabla 2.5.1).
2. Pulsa OK y haz clic en el punto inicial y en el punto final de la carga sobre el contorno; los clics se ajustan al contorno. Esc cancela.

Haz clic en los dos puntos de izquierda a derecha. Las orientaciones relativas al contorno dependen del orden de los clics, y solo en una carga dibujada de izquierda a derecha a lo largo de la superficie la normal apunta hacia el interior del terreno.

El valor es una presión sobre la proyección horizontal del segmento cargado: en una dovela de ancho $b$ situada bajo la carga, la fuerza es $p\,b$, en la dirección de la carga. Una carga sobre un segmento vertical, como el paramento de un muro, no tiene proyección horizontal; se integra a lo largo del segmento y se aplica como una única fuerza en el centroide del diagrama de presiones.

2.5.2Cargas lineales#

Una carga lineal es una fuerza por metro de talud aplicada en un punto: un muro, una zapata corrida vista en sección, la reacción de una estructura. Elige Loading → Add Line Load… y rellena Magnitude (kN/m), Orientation, Angle y la casilla del exceso de presión intersticial, que significan lo mismo que en una carga distribuida; pulsa OK y haz clic en el punto.

• Normal to Boundary y Angle to Boundary se toman de la superficie del terreno en el punto: la normal apunta hacia el interior del terreno y el ángulo se mide desde la superficie del terreno recorrida de izquierda a derecha, de modo que −90° es esa normal. El punto debe estar sobre la superficie del terreno (a menos del 0.1 % de la extensión del perfil del terreno); si no, la carga no se añade y la barra de estado indica el motivo.
• Vertical, Horizontal y Angle from Horizontal son absolutas y la carga puede situarse en cualquier punto; con un ángulo, una carga lineal puede actuar hacia arriba.

Una carga lineal actúa sobre la dovela que contiene su abscisa. La barra de estado confirma el punto y el valor.

2.5.3Modificación y eliminación de cargas#

• Haz clic con el botón derecho sobre una carga en el lienzo y elige Modify… para volver a abrir su diálogo con todos los campos, o Delete.
• Loading → Modify Load… muestra la lista de cargas (Distributed n, Line n) y después pide solo el valor y, en una carga distribuida con valor final, el valor en el extremo final.
• Loading → Delete Load muestra todas las cargas con su valor, su posición y su orientación; selecciona una o varias y pulsa OK.

Los cambios en las cargas no quedan en el historial de deshacer. Las cargas no se desplazan al editar la geometría (Change Slope Angle, por ejemplo, las deja donde estaban), así que comprueba su posición después de modificar la forma del talud. Con los datos al pasar el cursor activados, al situar el cursor sobre una carga se muestran su valor, su orientación y su distribución. Con una norma de diseño activada, todas las cargas distribuidas y lineales se multiplican por el coeficiente parcial de las acciones variables (Sección 2.1.8).

2.5.4Carga sísmica#

El método pseudoestático representa un terremoto con una fuerza de inercia proporcional al peso del suelo de cada dovela (Kramer, 1996). Elige Loading → Seismic Load…:

• $k_h$ es un módulo. Su fuerza actúa siempre en el sentido de rotura de cada superficie (hacia fuera del talud, el sentido desfavorable), así que un valor negativo se rechaza en lugar de interpretarse como una fuerza hacia el interior del talud.
• $k_v$ conserva su signo: positivo hacia abajo, de modo que el suelo pesa $W(1 + k_v)$; negativo hacia arriba. Ambos coeficientes deben ser menores que 1 en valor absoluto.
• Las fuerzas se aplican al peso del suelo de cada dovela. No se aplica fuerza sísmica a las cargas distribuidas y lineales ni al agua embalsada.

Los coeficientes proceden de la norma sísmica que se aplique al proyecto; para taludes, por ejemplo, EN 1998-5. Tras pulsar OK, la barra de estado repite los valores vigentes. Para obtener, en cada superficie, el coeficiente que la llevaría a la rotura (la aceleración crítica $k_y$) o un desplazamiento de Newmark, usa la página Seismic de Project Settings (Sección 2.1.10). Los métodos se describen en la Sección 3.9.

2.5.5Registros sísmicos#

Un análisis de Newmark integra un registro de aceleraciones en la parte de cada pulso que supera la aceleración crítica de la masa deslizante (Newmark, 1965). Los registros pertenecen al proyecto, igual que los materiales: se definen una vez en Loading → Seismic Records… y después se eligen en la página Seismic de Project Settings.

El archivo es de texto plano, en cualquiera de los dos formatos que usan los programas de integración de Newmark (Jibson, 1993): pares de tiempo y aceleración, un par por línea, o una aceleración por línea con el intervalo constante fijado en Time interval (s). El formato se decide por el número de valores de la primera línea de datos. Se omiten las líneas que no son numéricas (cabeceras y líneas que empiezan por #, ; o %), y las comas se leen como separadores, por lo que los decimales deben escribirse con punto. Con datos en pares, el intervalo se toma de los dos primeros tiempos; un registro con paso de tiempo no constante se importa con una nota que lo indica, porque la integración supone un paso constante y el programa no remuestrea.

Elige File units antes de importar. Si se elimina un registro que estaba seleccionado en la página Seismic, la selección queda vacía y la siguiente ejecución de Newmark avisa de que no hay ningún registro elegido.

2.5.6Cargas y exceso de presión intersticial#

Con Calculate Excess Pore Pressure (B-bar method) elegido en Project Settings, una carga distribuida o lineal que tenga marcada la casilla Load creates excess pore pressure (B-bar method) aumenta en $\bar B\,\Delta\sigma_v$ la presión intersticial de los materiales sin drenaje situados debajo. Solo cuenta la componente vertical de la carga. El procedimiento, y por qué una carga lineal no es un buen modelo de sobrecarga para este fin, se explican en la Sección 2.4.6.