Modos de fallo geotécnicos en estructuras de gravedad: estado límite último de deslizamiento

¿En qué consiste el estado límite último de deslizamiento en un cajón portuario? En este fragmento extraído del texto correspondiente al Módulo III del “Curso de Diseño de cimentación de cajones portuarios“, se describe cómo y cuándo se producen este tipo de fallo en estas estructuras. los detalles de este tipo de cálculo de estabilidad.
En la Parte 4 de la ROM 0.5-05 se describe de manera específica las principales obras portuarias. En este documento nos vamos a centrar en el apartado 4.2 dedicado a muelles de gravedad y en el aparatado 4.7.5 en el que se estudian los diques verticales.

Los modos de fallo geotécnicos que hay que considerar se resumen en las Figuras 2 y 3 tomadas de la ROM 0.5-05. Como se puede ver la mayoría de los modos de fallo son similares en ambas estructuras. Los modos de fallo principales que se deben estudiar en este tipo de estructuras son: deslizamiento, hundimiento, vuelco plástico y estabilidad global. Además, habría que comprobar el modo de fallo de socavación y erosiones.

 

Figura 2. Modos de fallo geotécnicos en muelles verticales (figura tomada de la ROM 0.5-05)

 

Figura 3. Modos de fallo geotécnicos en diques de abrigo verticales (figura tomada de la ROM 0.5-05)

 

 

 

En los siguientes apartados se describen los modos de fallo principales así como su método de cálculo en cada caso.

4.1 Estado límite último de deslizamiento

Este modo de fallo se puede producir cuando actúa una fuerza horizontal de gran magnitud. Dentro de dicho modo de fallo habría que diferenciar la seguridad frente al deslizamiento en el contacto cajón- banqueta de apoyo y la seguridad en el contacto de la banqueta de apoyo y el terreno natural. Se pueden consultar en el apartado 4.2.3.1 y 4.2.3.2 de la ROM 0.5-05. A continuación se explica cómo calcular cada uno de los dos modos de fallo.

4.1.1 Deslizamiento contacto cajón-banqueta

Normalmente, en la coronación de a banqueta se coloca un material de enrase con elevada resistencia al corte. Pero es importante señalar que el rozamiento hormigón prefabricado-material de enrase es menor que la resistencia del material de enrase.

 

siendo:

V  =  carga vertical efectiva.

fc =  ángulo de rozamiento del contacto del elemento de cimentación con el terreno.

a  =  adhesión cimiento-terreno.

S  =  superficie de apoyo efectiva. Su determinación se explicará en el apartado siguiente.

Ep =  empuje pasivo en la profundidad D (cara frontal que se opone al deslizamiento).

Ea =  empuje activo en la profundidad D (cara tra­sera).

Rc =  otras posibles resistencias del contorno de los alzados laterales del cimiento.

En las condiciones habituales, en el contacto la adherencia sería nula, así como los empujes (tanto activos como pasivos) y las resistencias en los alzados laterales del cimiento. De esta manera, la expresión anterior quedaría reducida a la siguiente:

 

Si no existieran ensayos específicos, en el aparatado 3.5.5.2 de la ROM 0.5-05 se indica que se puede considerar que el ángulo de rozamiento para el cálculo de la seguridad al deslizamiento sea igual a 32º (es decir, coeficiente de rozamiento m = tg fc = 0,625). Pero si el deslizamiento fuera un modo de fallo crítico habría que realizar ensayos específicos para estimar el rozamiento. El ensayo más adecuado sería el de corte directo, colocando en una mitad inferior de la caja el material de enrase de la banqueta y en la superior una “losa” de hormigón. Para limitar el efecto escala de los resultados sería conveniente utilizar una caja de corte de grandes dimensiones (por ejemplo, en España, en el CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas) se dispone de una caja de 1 m x 1 m x 1 m).

En el caso de que este modo de fallo resultara crítico y se quisiera incrementar la seguridad se podrían realizar inyecciones en el contacto, o utilizar bases artificiales de alta fricción, rellenos de hormigón in situ.

En las obras de los puertos españoles este modo de fallo no suele condicionar el diseño del cajón. Sin embargo, en un puerto español se produjo el deslizamiento de unos cajones durante construcción debido al incremento de la presión aplicada sobre el trasdós. Ver Figura nº 4

Figura 4. Imagen de la rotura por deslizamiento de un muelle en construcción (tomada de http://www.nacionrotonda.com/2014/06/rotura-del-muelle-prat-barcelona.html)

 

4.1.2 Deslizamiento contacto banqueta- terreno natural

En los casos en los que la resistencia del terreno natural sea menor que la existente en el contacto cajón-banqueta será necesario comprobar que no se produce un deslizamiento profundo por el contacto banqueta cimiento.

En la Figura 5 se reproduce el esquema de la rotura incluido en la ROM 0.5-05.

Figura 5.- Esquema del deslizamiento por la base de la banqueta (figura tomada de la ROM 0.5-05)

 

Como se puede ver en la figura habrá que considerar el empuje activo en la zona del trasdós tanto sobre la propia estructura como en la zona de la banqueta. En la zona del intradós habrá que estudiar dos posibilidades de rotura distintas eligiendo la más desfavorable:

1. Línea de rotura que se desarrolla por la banqueta de manera ascendente. En este caso, habría que considerar el empuje pasivo que pudiera tener la banqueta mediante la siguiente expresión:

Resistencia pasiva           Rp =  · Kpb · g’b · t

donde:

g’b = peso específico sumergido del material de la banqueta.

Kpb = coeficientes de empuje pasivo de la banqueta

2. Línea de rotura que se desarrolla por el contacto banqueta-terreno natural y la salida de la línea se realiza por el terreno natural. En este caso la resistencia pasiva sería la siguiente:

Resistencia pasiva Rp = W’ABCD · tg  fc  + · cc +  · g’s · Kps · ts2

siendo:

cc, fc = parámetros de resistencia al corte del contacto AB.

g’s = peso específico sumergido del terreno natural.

Kps,= coeficientes de empuje pasivo del suelo.

 

Existe en España la experiencia del deslizamiento profundo de un muelle. Además, de otras causas se comprobó posteriormente que bajo la banqueta existía una zona de fango de baja resistencia que no había sido dragado tal como estaba previsto en Proyecto. Ver Figura 6.

Figura 6. Esquema de la rotura producida por deslizamiento profundo

 

4.1.3 Coeficientes de seguridad

Los coeficientes de seguridad recomendados en la ROM 0.5-05 para la seguridad frente al deslizamiento serían los que se recogen en la Tabla 3.

Tipo de combinaciónCoeficiente de seguridad

al deslizamiento

Cuasi-permanente, F11,5
Fundamental, F21,3
Accidental o Sísmica, F31,1

Tabla 3. Coeficientes de seguridad mínimos frente al deslizamiento horizontal. Valores mínimos recomendados para obras de carácter ISA bajo (5 a 19)

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