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Sobre la respuesta estática de suelos finos blandos bajo diques verticales

Authors
Publisher
E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Publication Date
Keywords
  • Ingeniería De Puertos Y Costas
  • Ingeniería Civil Y De La Construcción

Abstract

Actualmente, en ámbitos portuarios en España siempre surgen necesidades de hacer obras cada vez más grandes que se apartan de la costa, tanto para conseguir el atraque de buques de mayor calado como para alejar las labores de carga y descarga del ambiente urbano propiamente dicho. Esto hace que la solución de diques verticales (mediante cajones prefabricados de hormigón armado, que se llevan flotando hasta su posición definitiva, en la que se fondean) se venga utilizando cada vez más para permitir el atraque de buques y la contención de rellenos para la obtención de plataformas superficiales. Los suelos existentes en el ámbito portuario suelen presentar resistencia a corto plazo muy baja y ser muy compresibles, además de presentar posibilidades de drenaje muy lentas, lo que conduce a una generación muy lenta de asientos, bajo carga constante, asociada a la disipación de presiones intersticiales que son generadas por las cargas aplicadas. Además, en las obras offshore y portuarias, se necesita frecuentemente el refuerzo del terreno. En primer lugar, debido a que los suelos en los fondos marinos presentan problemas de resistencia y también, por la necesidad cada vez mayor de evitar el dragado y la colocación de grandes cantidades de sedimentos que pueden contaminar. El objetivo principal de esta tesis es analizar el comportamiento estático de diques verticales apoyados en suelos finos blandos sometidos a la acción del oleaje. Este objetivo se divide en dos vertientes: la primera es un análisis sin tratamiento y la segunda es estudiar la respuesta de los diques mediante un tratamiento con columnas de grava. Para alcanzar los objetivos propuestos se han realizado los siguientes pasos: Recopilación bibliográfica de las presiones equivalentes del oleaje en diques verticales, así como una recopilación de la carga de hundimiento, estabilidad al deslizamiento y vuelco. Elaboración de un estado del arte sobre los procesos de ejecución de columnas de grava en el mar y de sus métodos de cálculo. Comparación de resultados de análisis de estabilidad según métodos de equilibrio límite y con un código numérico de elementos finitos, con el fin de conocer el alcance del coeficiente de seguridad que se emplea en estos últimos métodos. Análisis numérico de los asientos y del coeficiente de seguridad de los diques verticales apoyados en suelos finos blandos sometidos a la acción del oleaje sin intervención de ningún tratamiento del terreno, mediante el método de los elementos finitos, utilizando el modelo de suelo con endurecimiento plástico (hardening soil model), variando las propiedades resistentes del terreno, la altura de la escollera de apoyo y la anchura del cajón. Aplicación del tratamiento con columnas de grava en los suelos blandos bajo diques verticales sometidos a la acción del oleaje, con el objeto de estudiar tanto los asientos como el coeficiente de seguridad, mediante el método de los elementos finitos, considerando un modelo de suelo con endurecimiento plástico (hardening soil model). Comparaciones de los resultados de las simulaciones numéricas con y sin tratamiento del terreno. Verificación de la metodología empleada, comparando los resultados obtenidos mediante el método de los elementos finitos con los medidos con la instrumentación de campo en un caso real. La metodología adoptada incluye las siguientes etapas: Determinación de los esfuerzos procedentes del oleaje sobre los cajones. Evaluación de la resistencia al corte del terreno de apoyo de los cajones a lo largo del tiempo, considerando el proceso de consolidación. Análisis de la estabilidad a lo largo del tiempo, evaluando asentamientos y coeficientes de seguridad, teniendo en cuenta las fases de construcción. Estudio de la posible mejora del comportamiento del terreno, considerando un tratamiento mediante columnas de grava. Control del comportamiento de una obra real y comparación con la metodología propuesta mediante simulaciones con y sin ajuste de parámetros. Para simular el caso real tridimensional con columnas de grava distribuidas en una malla triangular en el programa de elementos finitos Plaxis en 2D con la hipótesis de deformación plana, se ha adoptado dos tipos de métodos en este modelo bidimensional. Estos dos métodos consisten en transformar filas de columnas de grava en pantallas equivalentes mediante los criterios de rigidez El (ngidez transversal) y EA (rigidez axial). Entre los resultados y aportaciones más importantes obtenidas en esta tesis, cabe señalar los siguientes: Con relación a las diversas herramientas para la evaluación de laestabilidad, se ha visto la conveniencia de utilizar el método de loselementos finitos respecto a los clásicos de equilibrio límite, porque, además de permitir simular las diversas fases de obras con geometrías complejas, tiene en cuenta las condiciones de deformación y laevolución de las presiones efectivas y las variaciones de las propiedadesdel terreno. Los coeficientes de seguridad en las simulaciones con tratamiento empleando el método de rigidez equivalente El son algo superiores a los obtenidos con el método de rigidez equivalente EA, constatando que esta diferencia no sobrepasa el 7%. En las simulaciones de este estudio, después del fondeo y lastrado del cajón, el tiempo de consolidación en el caso con columnas de grava puede llegar a reducirse en un 85% en relación al tiempo sin tratamiento. Se muestra que casi se pasa de unos 6 meses, en el caso sin tratamiento, a menos de un mes, en el caso con tratamiento. De las comparaciones entre los asientos obtenidos en situaciones con y sin tratamiento, ha sido posible evaluar la eficacia del tratamiento mediante columnas de grava. Después de la consolidación con el peso propio del cajón, la reducción de los asientos con tratamiento en relación al caso sin tratamiento es de un 30 % a 50%, siendo la mayor reducción cuando el suelo es menos resistente. Cuando el oleaje se presenta después de la consolidación, los coeficientes de seguridad de las simulaciones con tratamiento se incrementan aproximadamente en un 13% en relación al caso sin tratamiento. Sin embargo, cuando el oleaje ocurre antes de la consolidación, los coeficientes de seguridad con tratamiento se incrementan en relación al suelo sin tratamiento entre un 30 y 69 %, produciéndose el mayor incremento cuando se trata el suelo menos resistente. Finalmente, con el objeto de validar la metodología propuesta, se han comparado los resultados de las medidas registradas en la instrumentación de campo de casos reales con los de las simulaciones numéricas realizadas con los datos reales de la obra, logrando un buen ajuste. De este modo se ha comprobado la eficacia de dicha metodología para análisis de la estabilidad de los suelos blandos del fondo marino bajo diques verticales, incluyendo la acción del oleaje y el tratamiento del terreno con columnas de grava.

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