Abstract
Los diques de abrigo verticales son estructuras monolíticas que sirven para
reflejar el oleaje creando, de este modo, una zona abrigada en el lado tierra.
Son estructuras de contención de gravedad, es decir, su peso es el elemento
resistente fundamental.
Las solicitaciones sobre estas estructuras son de tipo dinámico (oleaje) y
consisten, fundamentalmente, en un empuje frontal y una subpresión en la
base que varían en el tiempo.
Habitualmente, las acciones sobre los diques de abrigo se establecen mediante
fórmulas empíricas, que se describen en la presente tesis si bien, para
obras de especial importancia, suelen medirse en modelos reducidos de laboratorio.
Cuando el cimiento en que han de apoyarse estas estructuras no presenta
una resistencia al corte suficiente, el apoyo se realiza en banquetas que redistribuyen
la carga y que están formadas por materiales granulares.
En la práctica habitual para conocer la estabilidad de estas estructuras
frente a un temporal, tras establecer las acciones de cálculo (empuje frontal y
subpresión) se efectúa un cálculo pseudoestático en el que se consideran condiciones
drenadas o no drenadas del cimiento en función de su permeabilidad.
Se conoce que en los suelos saturados, bajo cargas cíclicas, tiende a producirse
una elevación de las presiones intersticiales y una reducción de tensiones
efectivas así como una degradación del módulo de deformación tangencial
en función del número de ciclos de carga, pudiéndose producir el fenómeno
conocido como licuefacción (arenas) o movilidad cíclica (suelos más finos).
El objeto de la tesis es explorar la posibilidad, con la tecnología actual, de
analizar la estabilidad de los diques de abrigo verticales en cuyo cimiento existen
suelos blandos, proponiendo un procedimiento para evaluar la estabilidad
dinámica en este tipo de obras.
Para ello se han revisado los procedimientos actualmente utilizados para
definir las acciones de cálculo, los principales modelos de comportamiento dinámicos
de suelos saturados disponibles y los procedimientos de cálculo.
Una vez investigado el estado del arte sobre este tema, se propone un
procedimiento de cálculo en el que, utilizando el programa comercial FLAC, se
establecen las acciones cíclicas sobre un dique de abrigo vertical tipo con distintas
condiciones de apoyo, aplicando, para el cimiento, un modelo de comportamiento
tipo hiperbólico con generación de presiones intersticiales cuyos
parámetros pueden obtenerse de ensayos de campo y laboratorio.
Por último, una vez descrito el procedimiento, se aplica a un caso real en el
que se produjo un fallo en la cimentación que desembocó en el hundimiento
de parte de un dique vertical situado en el puerto de Barcelona, presentándose
los resultados obtenidos del análisis efectuado y comparándolos con los obtenidos
utilizando los métodos de cálculo habituales. Vertical breakwaters are monolithic structures built to reflect sea waves,
thereby providing a sheltered area on the land side. They are gravity retaining
structures, that is, their own weight is their basic resisting mechanism.
Loads acting on these structures are dynamic (waves) and consist essentially
in a frontal thrust and an uplift pressure on the base, which both vary
over time.
Usually, actions in breakwater design are established by empirical formulas,
which are described in this thesis. For works of particular importance,
such forces are measured in small-scale laboratory tests. When there are no
soils with enough shear strength under the planned vertical breakwaters, they
usually rest on granular berms which redistribute the load.
Nowadays, after establishing the acting forces on the breakwater (front
push and uplift pressure), a pseudostatic calculation (with drained or undrained
conditions depending on the foundation permeability) is normally done
to analyze the stability of these structures against storm waves.
It is known that pore pressures tend to rise in saturated soils under cyclic
loading and, consequently, there is a reduction of effective stress. A degradation
of the shear modulus also occurs depending on the number of load cycles.
All of these effects can bring about the phenomenon known as liquefaction in
sands or cyclic mobility in fine-grained soils.
The aim of the thesis is to explore the possibility that current technology
provides to analyze the stability of vertical breakwaters founded on soft soils,
and to suggest a method to evaluate the dynamic stability in this type of
works.
To this end, a review has been made of procedures currently used to define
the actions in calculations, the main models of dynamic behaviour of saturated
soils available and of calculation procedures.
Once the state of the art on this subject has been reviewed, a method of
calculation is proposed that uses the commercial program FLAC and is applied
to a typical vertical breakwater on a range of different foundation conditions.
For the foundation soil, a hyperbolic constitutive model with pore pressure
generation has been employed, whose parameters can be obtained from field
and laboratory tests.
Finally, the described procedure is applied to an actual case where a foundation
failure occurred that led to the sinking of several caissons in a vertical
breakwater located in the port of Barcelona. The results obtained with the proposed
method are compared with those obtained using conventional methods.
