Simulación numérica para la evaluación del fallo de cajones portuarios

Abstract

Se desarrolla un modelo numérico para analizar las posibles causas del fallo de cinco cajones ocurrido durante las obras de ampliación del puerto de Málaga (2004). Esto retrasó un año la finalización de las obras y ocasionó cuantiosas pérdidas económicas. En la bibliografía publicada sobre el caso, se apuntan como posibles causas del fallo, un dragado insuficiente, un espesor insuficiente de la banqueta de cimentación o una ejecución excesivamente rápida de los rellenos. La metodología se basa en un estudio comparativo de simulaciones numéricas por el Método de los Elementos Finitos. A partir de los datos disponibles sobre geometría, materiales y solicitaciones, se ha implementado un modelo en deformaciones planas de la sección ejecutada. Se han simulado las distintas etapas del proceso constructivo con diferentes formulaciones y se desarrollan diferentes escenarios de cálculo analizando el factor de seguridad del diseño, las distribuciones de tensiones, deformaciones y presión de poro, grado de consolidación y desplazamientos en varios puntos de control. Los objetivos son validar el modelo, atendiendo a la extensión del dominio de cálculo, la malla, precisión y tiempo de cálculo, y la interface suelo-estructura. Simular y analizar la influencia de las causas del fallo reseñadas en la bibliografía. Los resultados obtenidos apuntan a que el espesor de la banqueta y el tiempo de ejecución de los rellenos afectaron a la variación del exceso de presión de poro en el estrato de arcilla, especialmente durante las etapas iniciales, pero no a los desplazamientos de la estructura.

A numerical model is developed to analyse the tentative causes of the failure of five vertical breakwaters during the works of enlargement of the Malaga port (2004), which delayed a year the work and caused relevant economic losses. In the literature, three possible causes of failure have been highlighted: inadequate dredging depth, inadequate thickness of the bedding layer, or execution of the fills too fast. The methodology used is supported on a comparative analysis of many numerical simulations by Finite Element Method. From data available about geometry, materials and loading, a 2D model of the cross section has been implemented in plane strain. Different stages of the construction process have been considered and different scenarios and several reference points have been established. Factor of safety, stress distributions, deformations and displacements, pore pressure and degree of consolidation of the structure and soil have been thoroughly reviewed. The main objectives of this research are: validate the model taking into account the numerical model domain, the quality of the mesh, accuracy and consumed computation-time and soil-structure interface properties. The expected influence of the causes of failure outlined in the literature can be successfully analysed by the numerical simulation. The results obtained point out that the thickness of the bedding layer and the rapid execution of the fills have influenced significantly on the dissipation of the excess pore pressure in the clay layer, especially during the initial stages, but not on the displacements of the structure.