ÍNDICE DE TABLAS
1.2. IMPORTANCIA DE LOS ASPECTOS GEOTÉCNICOS Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los suelos existentes en el ámbito portuario suelen presentar unas características geotécnicas muy desfavorables:
- Presentan granulometrías variadas, en las que predominan las fracciones finas. Ello hace que sean frecuentes capas pseudohorizontales limosas o arcillosas, es decir, bastantes impermeables.
- La consistencia suele ser de blanda a muy blanda, ya que se trata de sedimentos recientes, de época cuaternaria, por tratarse de los sedimentos asociados a la desembocadura de los ríos próximos (o integrados) a la zona portuaria.
- La presencia de materia orgánica puede acentuar la compresibilidad de los sedimentos, incluyendo la posibilidad de que presente consolidación secundaria.
Como consecuencia de estas características pueden encontrarse en esas zonas portuarias espesores importantes de suelos blandos a muy blandos, y muy impermeables, lo que los hace no solo muy compresibles sino que sus posibilidades de drenaje sean muy lentas, lo que entraña una resistencia a corto plazo muy baja y una generación muy lenta de asientos bajo carga constante.
La construcción de diques verticales como paramento en aguas profundas está en nuestros días en auge por la ventajosa reducción de material empleado, la rapidez de construcción y las mejoras ambientales y económicas que supone frente al tradicional dique en talud. Sin embargo, la eventual falta de capacidad portante de los fondos marinos conduce a una serie de actuaciones, como por ejemplo: tener que sustituir grandes volúmenes de terreno por escollera y, esperar mucho tiempo hasta la consolidación, o bien mejorar artificialmente el suelo. El dragado de grandes volúmenes y su sustitución con escollera para mejorar la resistencia, alarga los plazos de construcción, encarece la obra y exige la presencia de canteras cercanas disponibles (lo que no es siempre posible).
Ante lo expuesto anteriormente, se ha planteado estudiar la mejora del terreno mediante columnas de grava, la cual representa una buena solución para mejorar la capacidad portante del terreno, disminuir el tiempo de consolidación (disminuir tiempo de obra), así como para reducir el volumen dragado.
Con la aparición de los ordenadores, en las décadas de los cincuenta y sesenta, se inició un gran interés por simular una gran cantidad de fenómenos físicos. Los métodos numéricos han experimentado un gran avance en las últimas décadas, con vistas a resolver las ecuaciones que gobiernan los problemas físicos.
En las tres décadas de desarrollo de las columnas de grava, se han propuesto diferentes métodos de análisis. Unos son de tipo parcial, enfocando aspectos concretos del problema (asientos, consolidación, resistencia), y tienen en general un complemento empírico en la determinación de coeficientes correctores. Por otra parte, existen métodos de análisis refinados, mediante técnicas de elementos finitos, cuyo enfoque es global, tratando el problema en su conjunto.
Para realizar la presente investigación, se ha empleado el método de los elementos finitos tanto para simular las cargas del peso propio y las de la acción cuasi-estática del oleaje en el dique, así como el efecto de las columnas de grava para tratamiento del terreno.
1.3. OBJETIVOS Y ALCANCE DE LA TESIS.
El objetivo último de esta investigación es analizar el comportamiento estático de diques verticales apoyados en suelos finos blandos sometidos a la acción del oleaje. El primer objetivo global es realizar un análisis mediante un código numérico de elementos finitos para verificar la estabilidad del dique sometido a la acción del oleaje sin intervención de ningún tratamiento del terreno. El segundo objetivo global es realizar el mismo análisis mediante el mismo código numérico,
considerando el tratamiento del terreno con columnas de gravas. Para alcanzar estos objetivos globales ha sido necesario cumplir una serie de objetivos parciales:
Estudio comparativo entre los coeficientes de seguridad mediante métodos analíticos, método de elementos finitos y métodos de equilibrio límite de suelos típicos del fondo marino para la validación de los aspectos fundamentales de la herramienta numérica Plaxis.
Implementación de las presiones de Goda en un código numérico para simular la acción del oleaje.
Estudiar el comportamiento estático de suelos finos blandos bajo diques verticales mediante un código numérico de elementos finitos que reproduzca la geometría del problema, el comportamiento tensodeformacional del terreno y el procedimiento constructivo de la obra.
Analizar la influencia de la consolidación en la mejora de las propiedades resistentes de los suelos blandos bajo diques verticales.
Realizar análisis paramétricos de suelos blandos bajo diques verticales con el objeto de conocer su influencia en los asientos y en los coeficientes de seguridad.
Desarrollar una metodología para modelizar las columnas de grava mediante un programa de elementos finitos, adoptando una malla bidimensional con hipótesis de deformación plana, si bien la realidad en 3D con las columnas distribuidas en una malla triangular es más compleja.
Comparar los casos estudiados sin tratamiento con los casos con tratamiento mediante columnas de grava, para evaluar la eficacia del tratamiento.
Como comprobación final de la validez del procedimiento desarrollado se simulan numéricamente algunos casos reales, efectuando la comparación con los datos de la instrumentación de campo disponible para los mismos.
1.4. METODOLOGÍA Y PLAN DE DESARROLLO
Para la realización de esta investigación se han llevado a cabo las siguientes etapas:
• Se ha realizado una revisión bibliográfica de las presiones equivalentes del oleaje en diques verticales. Esta revisión se ha reflejado en la primera parte del capítulo 2.
• Se ha llevado a cabo una recopilación bibliográfica de la carga de hundimiento. Esta recopilación también se ha reflejado en el capítulo 2.
• Se ha recogido el estado del conocimiento actual sobre el tratamiento con columnas de grava. La parte más novedosa de la ejecución de columnas de grava en el mar y el fundamento teórico de cálculo se ha presentado en el capítulo 3. Los detalles de las teorías de cálculo de las columnas de grava se han recogido en el Anejo II.
• Se ha analizado el comportamiento del terreno bajo los diques verticales sometidos a la acción del oleaje sin intervención de ningún tratamiento del terreno. Este análisis se ha realizado en el capítulo 4.
• Para analizar la influencia de la acción del oleaje en el terreno bajo los diques verticales, se ha implementado la teoría de presiones del oleaje de Goda en un programa de elementos finitos.
• Se ha desarrollado un análisis del comportamiento del terreno bajo diques verticales tratado con columnas de grava. Este análisis se ha presentado en el capítulo 5.
• Se ha comparado los resultados de los casos sin y con tratamiento mediante columnas de grava para evaluar la eficacia del tratamiento. Esta comparación se ha reflejado también en el capítulo 5.
• Se ha realizado la validación de la metodología mediante una comparación entre los asientos medidos con instrumentación de campo y los asientos obtenidos en las simulaciones mediante el método de los elementos finitos para casos reales. Esta validación se ha realizado en el capítulo 6.
En la Figura 1.6 se muestra esquemáticamente la línea de investigación seguida en la presente tesis.
ESTADO DEL ARTE
Presiones equivalentes del
oleaje
Técnica de mejora del terreno con columnas de grava Estabilidad frente al hundimiento, deslizamiento y vuelco INVESTIGACIÓN REALIZADA Modelización numérica de la cimentación de diques verticales sin tratamiento del terreno, y su comparación con métodos clásicos
Conclusiones y recomendaciones Comparación de los
resultados de la simulación con y sin tratamiento
Aplicación de la técnica con columnas de grava a un
caso real
Modelización numérica de la cimentación de diques verticales con tratamiento del terreno
2. ESTADO DEL ARTE SOBRE MÉTODOS DE ANÁLISIS DEL