Trabajo Fin de Grado Ingeniería Civil - idUS

Trabajo Fin de Grado

Ingeniería Civil

Análisis de tipologías de cimentación y propuestas de

mejora de terreno para la implantación de un parque

de tanques API de almacenamiento

Dpto. Estructuras de Edificación e Ingeniería del

Terreno

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2020

Autor: Rosa María Maza Palop

Tutor: Manúel Vazquez Boza

3

Trabajo Fin de Grado

Grado en Ingeniería Civil

Análisis de tipologías de cimentación y propuestas

de mejora de terreno para la implantación de un

parque de tanques API de almacenamiento

Autor:

Rosa María Maza Palop

Tutor:

Manúel Vázquez Boza

Profesor Ayudante Doctor

Dpto. Estructuras de Edificación e Ingeniería del Terreno

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2020

5

Proyecto Fin de Carrera: Análisis de tipologías de cimentación y propuestas de mejora de terreno para la

implantación de un parque de tanques API de almacenamiento

Autor: Rosa María Maza Palop

Tutor: Manúel Vázquez Boza

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

6

Sevilla, 2020

El Secretario del Tribunal

7

A mi familia

A mis amigos y compañeros

A mis profesores

9

Agradecimientos

Al finalizar este trabajo fin de grado y, con ello, el grado de Ingeniería Civil no puedo evitar recordar estos

años atrás que me han llevado hoy hasta aquí y con ello, las personas que me han ayudado a conseguirlo.

Gracias a mis padres y mi hermana por darme la oportunidad de estudiar y formarme profesionalmente, por

apoyarme en cada una de mis decisiones y aconsejarme en cada uno de mis errores. A mi abuela, por creer

siempre en mí.

A todos mis compañeros y amigos que han estado durante estos 4 años en los buenos y malos momentos. Gracias

Paula, Juan y Guillermo y a todo mi grupo de Campetsinos por acompañarme en esta experiencia y por hacerlo

todo un poco más fácil. A Rafa, Juande y Fernando por creer en mí y enseñarme el verdadero concepto de la

amistad y el compañerismo. Gracias a todos mis compañeros de Campus Cartuja por hacer de Sevilla una

segunda casa para mí. Gracias a mis compañeras de piso por hacer los días más llevaderos. Gracias María

por estar cuando te necesitaba.

No debo olvidar a mis amigos del pueblo, gracias por estar siempre, por enseñarme que no hace falta tener

contacto para saber que siempre que los necesite, los tendré. Gracias Elena y Maria José por transmitirme su

paciencia y acompañarme en estos años de duro trabajo.

Por último, también quiero agredecer a mis profesores por enseñarme todo lo que hoy sé y transmitirme su

experiencia. En especial, gracias a mi tutor Manuel Vazquez por introducirme en el bonito mundo de la

geotécnia, a Blas Gonzalez por enseñarme el amor que tiene por la Ingenieria de Caminos y a Gabriel

Chamorro por guiarme en mi formación.

10

Resumen

El siguiente Trabajo Fin de Grado tiene como objetivo realizar la implantación de una serie de tanques API de

almacenamiento en una zona ganada al mar en la Bahía de Algeciras, concretamente junto a la Central Térmica

de los Barrios.

La zona de estudio presenta un problema de baja capacidad portante debido a que está formada por un estrato

de cenizas que ha sido vertido por la Central. Como consecuencia de esta baja capacidad portante, el terreno

experimenta grandes asientos cuando se aplica la carga del tanque.

Para reducir el asiento tanto total como diferencial se estudian las diferentes técnicas de mejora de terreno que

puedan ser adecuadas para la zona de estudio siendo la elegida las columnas de grava.

Una vez elegida como técnica de mejora de terreno las columnas de grava, se dimensionan las mismas en primer

lugar de forma analítica y después en un software de cálculo de forma con el objetivo de optimizar la mejora y

cumplir con el estado límite de asiento.

11

Abstract

The porpuse of the following Final Degree Project is to implement a series of API storage tanks in an area

reclaimed from the sea in the Bay of Algeciras, specifically next to Barrios Thermal Power Plant.

The study area present a problema of low bearing capacity due to the fact that it is formed by a layer of ash has

been discharged by the Plant. As a consequence of this low bearing capacity, the soil experiences large

settlements when the tank load is applied.

In order to reduce both total and differencial settlement, the different soil improvement techniques that may be

suitable for the studyarea are stuied, being the gravel columns the chosen ones.

Once the gravel columns have been chosen as the soil improvement technique, there are first sized analytically

and then in a shape calculation software in order to optimize the improvement and accomplish with the limit

state of settlement.

12

Índice

Agradecimientos 9

Resumen 10

Abstract 11

Índice 12

Índice de Tablas 14

Índice de Figuras 18

1 Objetivo del trabajo fin de grado 23

2 Antecedentes 25 2.1 Antecedentes geológicos 25 2.2 Antecedentes geotécnicos 28

2.2.1 Carta Magna del IGME 28 2.2.2 Estudio previo del terreno según el Ministerio de Transporte 30 2.2.3 Ortofotos de la zona de studio 33

3 Estado geotécnico actual 38 3.1. Ensayos in situ 39 3.2. Ensayos de laboratorio 41 3.3 Resultado de los ensayos 43

3.3.1 Ensayo SPT. 43 3.3.2 Ensayo de penetración dinámica 47 3.3.3 Piezocono 52 3.3.4 Análisis granulométrico. 54 3.3.5 Ensayo de corte directo tipo CD y tipo UU. 55 3.3.6 Limites de Atterberg 55 3.3.7 Humedad del suelo 55 3.3.8 Densidad del suelo 56 3.3.9 Parámetros elásticos 57

3.4 Conclusiones del estudio geotécnico 69

4 cálculo de asientos 72 4.1 API estándar 650, Welded Tanks For Oil Storage. 72 4.2 API Estándar 653, Tank Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction. 74 4.3 Valores de asientos diferenciales por otros autores y normativas 75 4.4 Cálculo del asiento producido por los tanques de cimentación 76

5 Técnicas de mejora del terreno 83 5.1 Elección de la técnica de mejora del terreno más adecuada 83

5.1.1 Precarga 86 5.1.2 Compactación dinámica 90 5.1.3 Columnas de grava 93 5.1.4 Conclusión de la elección de las técnicas de mejora del terreno 95

13

5.2 Método simplificado de la Guía de Obras de Cimentaciones de Carretera 95 5.3 Predimensionamiento de las columnas de grava 97 5.4 Cálculo del factor de seguridad de las columnas de grava 100 5.5 Cálculo del asiento corregido mediante Priebe 102

6 Diseño y cálculo de cimentación 104 6.1 Input 105 6.2 Cálculo 112 6.3 Output 113

7 Conclusiones 117

Referencias 119

Anexos 120 Anexo A. Resultados y análisis de ensayos geotécnicos 120

A.1 Ensayo SPT 120 A.2 Ensayo DPSH 131 A.3 Ensayo CPTU 134 A.4 Resumen estrato 1 138 A.5 Resumen estrato 2. 145

ANEXO B. Obtención de los parámetros elásticos en función de los diferentes normas y autores. 155 B.1 Obtención de parámetros elásticos según la sanglerat y whitlow 155 B.2. Obtención de parámetros elásticos según la ROM 159 B.3. Obtención de parámetros elásticos según CTE 166 B.4 Obtención de parámetros elásticos según GCOC 171 B.5. Resumen del cálculo de parámetros elásticos en el estrato 1. 175 B.6 Resumen del cálculo de parámetros elásticos en el estrato 2 176

ANEXO C. Cálculo de asientos. 179 C.1. Cálculo del asiento diferencial admisible 179 C.2. Cálculo del asiento diferencial y total en el terreno 180

ANEXO D. Mejora del terreno 183 D.1. Dimensionamiento de las columnas de grava 183 D.2. Coeficiente de seguridad de las columnas de grava 183 D.3. Cálculo de los parámetros a corto y largo plazo 184 D.4. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe 184

ANEXO E. Plaxis 185 E.1 Modelo 1 185 E.2 Modelo 2 187 E.3 Modelo 3 189 E.4 Modelo 4 191 E.5 Modelo 5 193 E.6 Modelo 6 195

Planos 197 Plano 1: Campaña geotécnica realizada en el perfil A-A’ 197

14

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Descripción de las zonas de estudio. 27

Tabla 2. Tipos de ensayos in situ realizados en la zona de estudio. 39

Tabla 3. Clasificación de la consistencia del suelo en función del NSPT. 40

Tabla 4. Obtención de la consistencia del terreno en función del DPSH y correlación con el NSPT. 40

Tabla 5. Número de ensayos SPT. 43

Tabla 6. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo SPT. 45

Tabla 7. Análisis estadístico modificado realizado en los datos obtenidos del ensayo SPT. 45

Tabla 8. Valores orientativos del Nspt, resistencia a compresió simple y módulo de elasticidad. Tabla D.23 de

CTE-C. 45

Tabla 9. Cálculo de Cu a partir del Nspt. 46

Tabla 10. Cálculo de Cu a partir de σ y ν. 46

Tabla 11. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo DPSH. 47

Tabla 12. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo CPTU en el estrato 1. 53

Tabla 13. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo CPTU en el estrato 2. 53

Tabla 14. Resultados del ensayo de disipación de presiones intersticiales. 54

Tabla 15. Resultados obtenidos del análisis granulométrico para cada uno de los estratos 55

Tabla 16. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la humedad en el estrato 2. 56

Tabla 17. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la densidad seca en el estrato 2. 56

Tabla 18. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la densidad húmeda en el estrato 2. 56

Tabla 19. Correlación entre el tipo de suelo y valores del módulo de elasticidad 57

Tabla 20. Valor del módulo de elasticidad en función del tipo de suelo y grado de compacidad según ROM.

59

Tabla 21. Valor del módulo de elasticidad en función del tipo de suelo según GCOC 61

Tabla 22. Relación entre el tipo de suelo y el factor de correlación. 63

Tabla 23. Análisis estadístico del módulo de elasticidad según ROM Y Sanglerat por separado en los estratos

considerados. 68

Tabla 24. Análisis estadístico del módulo de elasticidad según ROM y Sanglerat de manera conjunta en los

estratos considerados. 68

Tabla 25. Correlación entre la tipología de suelo y el valor del coeficiente de poissons. 69

Tabla 26. Parámetros geotécnicos y elásticos considerados en el estrato 1. 71

Tabla 27. Parámetros geotécnicos y elásticos considerados en el estrato 2. 71

Tabla 28. Asientos límites diferenciales establecidos por los diferentes autores. 76

15

Tabla 29. Características geométricas del tanque y carga aplicada. 80

Tabla 30. Propiedades elásticas de los estratos que constituyen el terreno. 80

Tabla 31. Cálculo del asiento absoluto en el centro del tanque en cada uno de los estratos. 81

Tabla 32. Cálculo del incremento de asiento total en el centro del tanque. 81

Tabla 33. Cálculo del asiento diferencial entre el centro y borde del tanque. 82

Tabla 34. Idoneidad de los distintos suelos en la aplicación de la compactación dinámica (Lukas, 1986). 92

Tabla 35. GCOC. Relación aproximada (, , ρ), para columnas de grava. 96

Tabla 36. Cálculo de los parámetros a corto y largo plazo según GCOC. 97

Tabla 37. Cálculo del diámetro y separación de las columnas de grava. 99

Tabla 38. Cálculo del coeficiente de seguridad de las columnas de grava. 101

Tabla 39. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe. 103

Tabla 40. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de cenizas. 107

Tabla 41. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de arena arcillosa 1. 107

Tabla 42. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de arena arcillosa 2. 108

Tabla 43. Propiedades geotécicas y elásticas de las columnas de grava. 108

Tabla 44. Cálculo de la carga del tanque. 110

Tabla 45. Valores de los asientos en el modelo sin mejora de terreno. 114

Tabla 46. Características y resultados de los diferentes modelos con mejora de terreno. 115

Tabla 47. Número de ensayos SPT realizados. 120

Tabla 48. Resultado del sondeo S-1. 121

Tabla 49. Resultado del ensayo sondeo S-2. 123





Tabla 54. Mediciones del nivel freático en los diferentes sondeos. 129

Tabla 55. Análisis de datos del nivel freático. 129

Tabla 56. Resultados de la densidad seca en los diferentes estratos de los ensayos SPT. 129

Tabla 57. Análisis de datos de la densidad seca. 130

Tabla 58. Resultados de la densidad húmeda en los diferentes estratos de los ensayos SPT. 130

Tabla 59. Análisis de datos de la densidad húmeda. 130

Tabla 60. Resultados de la humedad en los diferentes estratos de los ensayos SPT. 130

Tabla 61. Análisis de datos de la humedad. 131

Tabla 62. Resultados del sondeo P-1. 131





16


Tabla 68. Número de golpeo en función de la profundidad para cada ensayo DPSH 134

Tabla 69. Resultado del ensayo CPTU-1. 135



Tabla 72. Valores de la resistencia por punta por profundidad en los ensayos CPTU. 136

Tabla 73. Valores de la resistencia por fuste por profundidad en los ensayos CPTU. 137

Tabla 74. Valores de la presión intersticial por profundidad en los ensayos CPTU. 138

Tabla 75. Resumen de resultados obtenidos en el ensayo SPT (1/2) estrato 1. 139


Tabla 77. Análisis de resultados de los ensayos SPT en el estrato 1 (1/2). 141

Tabla 78. Análisis de resultados de los ensayos SPT en el estrato 1 (2/2) 142

Tabla 79. Valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 1. 142

Tabla 80. Análisis de valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 1. 143

Tabla 81. Valores obtenidos por profundidad en los ensayos DPSH en el estrato 1. 144

Tabla 82. Análisis de datos obtenidos en los ensayos DPSH en el estrato 1. 144

Tabla 83. Valores asignados de las propiedades geotécnicas y elásticas en el estrato 1. 145





Tabla 88. Valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 2. 151

Tabla 89. Análisis de valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 2 151

Tabla 90. Valores obtenidos por profundidad en los ensayos DPSH en el estrato 2. 154

Tabla 91. Análisis de datos obtenidos en los ensayos DPSH en el estrato 2. 154

Tabla 92. Valores asignados de las propiedades geotécnicas y elásticas en el estrato 2. 154

Tabla 93. Parámetros elásticos según Sanglerat y Whitlow. 156

Tabla 94. Análisis de los valores del módulo de deformación según Sanglerat. 157

Tabla 95. Cálculo del valor medio de la resistencia por punta en cada estrato. 157

Tabla 96. Valores del módulo de elasticidad según Sanglerat en los ensayos SPT. 158

Tabla 97. Obtención de parámetros según la ROM para el estrato 1. 160

Tabla 98. Obtención de parámetros según la ROM para el estrato 2. 161

Tabla 99. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según la ROM. 165

Tabla 100. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE. 168

Tabla 101. Correlación del valor Nspt con un color. 168

Tabla 102. Análisis de los valores del módulo de deformación según CTE. 168

Tabla 103. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE. 170

Tabla 104. Parámetros elásticos en función de la GCOC. 172

17

Tabla 105. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE 173

Tabla 106. Valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 1. 175

Tabla 107. Análisis de los valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 1.

176

Tabla 108. Valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 2. 177

Tabla 109. Análisis de los valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 2.

178

Tabla 110. Asiento límite diferencial establecido por diferentes autores. 179

Tabla 111. Cálculo del asiento diferencial admisible. 179

Tabla 112. Cálculo del asiento total admisible. 179

Tabla 113. Dimensiones del tanque y cargas aplicadas. 180

Tabla 114. Características de los diferentes estratos. 180

Tabla 115. Calculo del asiento producido por el tanque en diferentes profundidades de diferentes los estratos.

182

Tabla 116. Cálculo del asiento total y diferencial producido por el tanque. 182

Tabla 117. Dimensionamiento de las columnas de grava. 183

Tabla 118. Cálculo de seguridad a rotura de las columnas. 183

Tabla 119. Cálculo de parámetros a largo y corto plazo. 184

Tabla 120. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe. 184

18

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Localización de la zona dentro de la Bahía de Algeciras. 23

Figura 2. Localización de la zona de implantación del conjunto de tanques. 23

Figura 3. Localización de la zona de estudio con respecto la Central Térmica de los Barrios. 25

Figura 4. Mapa geológico de la Bahía de Algeciras. Carta Magna IGME. 26

Figura 5. Ampliación del Mapa Geológico de la zona estudiada. 26

Figura 6. Leyenda. 27

Figura 7. Mapa geotécnico de la Bahía de Algeciras. Carta Magna IGME 29

Figura 8. Localización de la zona III4 en el Mapa Geotécnico del IGME 30

Figura 9. Situación de la zona de estudio. 31

Figura 10. Tramo de Chiclana de la Frontera- Algeciras. 31

Figura 11. Relieve del tramo desde Chiclana de la Frontera hasta Algeciras. 32

Figura 12. Columna estratigráfica. 32

Figura 13. Ortofoto 1956-1957 34

Figura 14. Ortofoto 1973 34



Figura 17. Ortofoto 2004 36

Figura 18. Estado de la zona de estudio en la actualidad. 36

Figura 19. Localización de sondeos en la zona de implantación de los tanques API. 39

Figura 20. Clasificación de un suelo en función del tamaño de sus partículas. 41

Figura 21. Clasificación del estado del suelo en función de los límites de Atterberg. 42

Figura 22. Gráfica de Casagrande correlacionada con la clasificación del suelo según el PG-3. 42

Figura 23. Representación de las lecturas tomadas en cada uno de los ensayos SPT realizados. 44

Figura 24. Representación de las lecturas tomadas en cada uno de los ensayos DPSH realizados. 47

Figura 25. Resultados de las lecturas de los ensayos SPT y DPSH. 48

Figura 26. Relación entre el número de golpes del Sondeo S-1 y P-1. 49

Figura 27 Relación entre el número de golpes del Sondeo S-2 y P-2. 49

Figura 28. Relación entre el número de golpes del sondeo S-3 y P-4. 50




19

Figura 32. Representación de la resistencia por punta en función de la profundidad para los ensayos CPTU

realizados. 52

Figura 33. Curva granulométrica sondeo S-2. 54

Figura 34. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad para cada uno de los

sondeos, según el CTE. 58

Figura 35. Representación del módulo de deformación modificado en función de la profundidad para cada uno

de los sondeos, según el CTE. 59


sondeos, según la ROM. 60

Figura 37. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según GCOC. 61

Figura 38. Obtención del parámetro . 62

Figura 39. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según Sanglerat y Whitlow.

63

Figura 40. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-1 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat. 64


Figura 42. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-3 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat 65

Figura 43. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-4 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat 65



Figura 46. API 650 (2007). Cimentación con anillo de hormigón. 73

Figura 47. API 650 (2007). Cimentación con anillo de grava. 74

Figura 48. Ubicación recomendada en la pared del tanque para mediciones de asiento. 74

Figura 49. Ubicación recomendada en el interior del tanque para mediciones de asiento. 75

Figura 50. Diferentes teorías elásticas en función de las características del medio. 77

Figura 51. Esquema de parámetros característicos para el cálculo del asiento bajo carga circular. 78

Figura 52. Cálculo del alargamiento o acortamiento de un estrato. 79

Figura 53. Método aproximado de Steinbrenner para el cálculo de asientos en el estrato 2. 79

Figura 54. Método aproximado de Steinbrenner para el cálculo de asientos en el estrato 3. 79

Figura 55. Rango de aplicación de las distintas técnicas en función de la graulometría del terreno

(Mitchell,1981). 84

Figura 56. Campo de aplicación de las principales técnicas de mejora del terreno. Guía de Cimentaciones de

obras de carretera. 85

Figura 57. Parámetros para fijar los objetivos de tratamientos de mejora del terreno. 86

Figura 58. Proceso de precarga 87

Figura 59. Efecto de la precarga en la ordenación de las partículas. 87

Figura 60. Reducción del asiento debido al proceso de precarga. 87

Figura 61. Proceso de consolidación en la precarga. 88

Figura 62. Expresión del grado de consolidación en función del valor de Tv. 89

Figura 63. Proceso de compactación dinámica del terreno. 90

Figura 64. Proceso de compactación dinámica. 91

20

Figura 65. Categorías de suelo para la aplicación de la compactación dinámica (Lukas, 1986). 91

Figura 66. Implantación de las columas de grava sobre un terreno. 93

Figura 67. Redistribución de tensiones entre el terreno y las columnas de grava. 94

Figura 68. Proceso de colocación de columnas de grava en terreno. 94

Figura 69. Parámetros resistentes a corto plazo. 96

Figura 70. Parámetros resistentes a largo plazo. 96

Figura 71. Obtención de la relación A/AC en función de un ábaco de diseño. 98

Figura 72. Correlación de Besanyon. 98

Figura 73. Distribución según malla de triángulos equiláteros 99

Figura 74. Gráfica para la obtención del coeficiente de profundidad (1/ft). 102

Figura 75. Obtención del factor corrector (1/ft). 103

Figura 76. geometría del modelo. 105

Figura 77. Tipos de materiales elegidos en el modelo. 106

Figura 78. Geometría del modelo del terreno realizado en plaxis. 109

Figura 79. Detalle de las columnas de grava y densificación del terreno. 109

Figure 80. Representación de las cargas del tanque sobre el terreno. 110

Figure 81. Representación de las condiciones de contorno del modelo. 111

Figure 82. Representación del mallado del modelo en plaxis. 111

Figura 83. Representación del nivel freático del modelo de plaxis. 112

Figura 84. Representación de puntos para el cálculo de asiento. 113

Figura 85. Deformación del terreno sin columnas de grava. 113

Figura 86. Desplazamientos sufridos por el terreno debido al tanque sin la mejora de terreno 114

Figura 87. Deformación del terreno con columnas de grava. 116

Figura 88. Desplazamientos sufridos por el terreno debido al tanque con la mejora de terreno. 116

Figura 89. Valores del módulo de elásticidad según Sanglerat en los ensayos SPT. 159

Figure 90. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según la ROM. 166

Figura 91. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE. 170

Figura 92. Geometría del modelo 1. 185

Figura 93. Mallado del modelo 1. 185

Figura 94. Deformación del terreno en el modelo 1. 186

Figura 95. Desplazamientos en el terreno modelo 1. 186








21














23

1 OBJETIVO DEL TRABAJO FIN DE GRADO

El objetivo del siguiente Trabajo Fin de Grado reside en el análisis de tipologías de cimentación y propuestas de

mejora de terreno para la implantación de un parque de tanques API de almacenamiento. De esta manera, se

pretende dar uso a la superficie ganada al mar que la Central Térmica de los Barrios ha proporcionado debido a

la incorporación de la materia resultante en sus procesos en la zona de estudio.

Figura 1. Localización de la zona dentro de la Bahía de Algeciras.

Figura 2. Localización de la zona de implantación del conjunto de tanques.

24

Para la implantación de la estructura, en primer lugar, se realizará un pérfil geotécnico a partir de datos obtenidos

de las campañas geotécnicas realizadas en esta zona. Obtenido el perfil, se establecen propiedades geotécnicas

para cada uno de los estratos, obteniéndose así el modelo geotécnico. A continuación, se evalúa los estados

límites de hundimiento y asiento en la superficie. Así, se determina si la cimentación es o no factible para el

modelo geotécnico. En el caso de que el terreno presente unas condiciones geotécnicas adecuadas para la

cimentación se procederá a la misma. En caso contrario, se deberán estudiar métodos de mejoras del terreno

para cumplir los estados límites. Se estudiarán diferentes métodos de mejora del terreno (columnas de grava,

mechas drenantes, vibroflotación, compactación dinámica…) eligiendo aquél que sea óptimo desde el punto de

vista técnico y económico. Por último, una vez establecida e implantada la mejora del terreno, se diseñará la

cimentación necesaria para soportar los tanques de almacenamiento.

La dificultad de la zona de estudio reside en su baja resistencia debido a que se trata de cenizas que han sido

vertidas por la central con el objetivo de ganar terreno al mar. Por este motivo, es necesario realizar un estudio

exhautivo de los asientos para asegurar que el tanque experimenta unos asientos tanto uniformes como

diferenciales menores al asiento admisible, cumpliéndose así el estado límite de servicio.

25

2 ANTECEDENTES

2.1 Antecedentes geológicos

La zona de estudio se encuentra en la Bahía de Algeciras, situada en la provincia de Cádiz. La zona comprende

una superficie aproximada de 16400 m2 y un perímetro aproximado de 600 m en la cual se implantará una serie

de tanques con el objetivo de almacenar alguna sustancia procedente de la Central Térmica de los Barrios.

Figura 3. Localización de la zona de estudio con respecto la Central Térmica de los Barrios.

La zona de estudio se trata de una región ganada al mar mediante la incorporación de sustancias procedentes de

los procesos de combustión del carbón que llevan a cabo en la Central Térmica de los Barrios. Los residuos

sólidos generados son cenizas de fondo, cenizas volantes y escorias, los cuales se caracterizan por presentar una

baja capacidad portante.

Esta zona corresponde a una etapa del cuaternario, concretamente al holoceno. En las siguientes ilustraciones se

observa las diferentes regiones en la que se divide la zona de estudio en función del material que lo constituye.

26

Figura 4. Mapa geológico de la Bahía de Algeciras. Carta Magna IGME.

Figura 5. Ampliación del Mapa Geológico de la zona estudiada.

27

Figura 6. Leyenda.

Tabla 1. Descripción de las zonas de estudio.

En cuanto su estratigrafía se pueden diferenciar dos conjuntos estratigráficos. En primer lugar, la unidad del

campo de Gibraltar, el cual está constituido por materiales de edades comprendidas entre el Cretácico inferior y

el Mioceno Inferior. En segundo lugar, formaciones postorógenas constituidas por depósitos recientes, las cuales

son de nuestro interés debido a que la edad de los materiales que constituye la zona de estudio corresponde al

Holoceno (parte del Cuaternario).

En las formaciones postorógenas, se diferencian dos tipos de materiales: depósitos marinos litorales de edad

neógena y formaciones superficiales cuaternarias. Esta distinción se ha realizado en función de su origen y

teniendo en cuenta solamente las zonas de interés, las cuales son la 21,23,24,25 y 27.

1. Arenas en la zona 21 y 23

Corresponden a depósitos literales de la edad del Holoceno. Constituidos por depósitos arenosos çon

mayor o menor proporción de restos orgánicos que se extienden a lo largo del litoral debido a las

corrientes de deriva. Se distinguen según su representación cartográfica en playas (zona 21) y las flechas

litorales (zona 23).

2. Arenas en la zona 24 y 25.

Conjunto de áreas correspondientes a depósitos eólicos del Holoceno. Esta formación se extiende por

todo el litoral. Se diferencian varios tipos de morfologías dunares. La zona 25 está constituida por masas

arenosas dunares sin forma determinada, en cambio, la zona 27 se encuentra sustituida por un ligero

manto arenoso eolizado.

ZONA DESCRIPCIÓN

21 Arena. Depósito litoral, playas

23 Arena. Depósito litoral, flecha

24 Arenas. Manto eólico

25 Arenas. Dunas

27 Limos. Baja marisma

28

3. Limos y limos arenosos en la zona 27.

Formado por materiales principalmente limosos en zonas de baja marisma. Estas zonas de marismas se

localizan en la desembocadura del río Palmones. Toda esta zona queda separada del mar por una gran

flecha litoral. La extensión de estas marismas se está reduciendo actualmente debido a las actividades

humanas.

En cuanto a la tectónica de la zona, después de la deformación de las grandes unidades del Campo de Gibraltar

existe una gran actividad tectónica epirogénica. Esta actividad tectónica se caracteriza principalmente por

deformaciones de gran radio de curvatura. Además, se han producido importantes dislocaciones que han

producido un gran número de fracturas. Estos procesos siguen en el cuaternario. Las playas, terrazas y otros

depósitos que han elevado el nivel son consecuencia de esta actividad tectónica.

Por otro lado, la actividad de explotación de la zona se limita a la extracción de arcilla, arena, areniscas y calizas.

La cantera de arcillas es utilizada para la industria cerámica, así como la explotación de caliza es utilizada como

materia prima para la obtención de áridos, rocas ornamentales y aglomerantes. En esta zona, no se realizan

explotaciones de minares debido a la inexistencia de los mismos.

Por último, en la zona de pueden distinguir tres unidades hidrogeológicas. La unidad más superficial e intermedia

se caracteriza por ser permeables, por tanto, permite unas buenas condiciones de drenaje, lo cual es importante

tener en cuenta en el estudio de la zona. La unidad más profunda es impermeable, en la cual pueden formarse

pequeños acuíferos, pero no de gran importancia.

2.2 Antecedentes geotécnicos

2.2.1 Carta Magna del IGME

El relieve de la zona de estudio se caracteriza por ser llano, debido a que se encuentra en las cercanías de la costa

de la Bahía de Algeciras. En cuanto a la red hidrográfica de la zona, como antes se ha comentado, se pueden

citar tres ríos importantes, estos son, el río Guadarranque, Guadiaro y Palmones, los cuales pertenecen a la

demarcación de la cuenca del sur de España. Los ríos de esta zona se caracterizan por ser irregulares y por

presentar un gran transporte de sedimentos. En cuanto la climatología y meteorología, la zona presenta un clima

mediterráneo caracterizado por temperaturas cálidas durante todo el año. Además, las precipitaciones son

abundantes, de gran intensidad e irregulares, siendo nulas en los meses de verano (julio y agosto).

29

Figura 7. Mapa geotécnico de la Bahía de Algeciras. Carta Magna IGME

2.2.1.1 Estratigrafía y litología

La zona estudiada corresponde a terrenos de la edad miocena superior y más modernas, los cuales son

considerados como terrenos postorogéncos. Estos terrenos aparecen sobre unidades precedentes. Se caracterizan

por presentar potencias poco considerables. Los terrenos postorogénicos se clasifica en Mioceno Superior,

Plioceno, Cuaternario, siendo este último de nuestro interés.

Los terrenos cuaternarios están constituidos principalmente por depósitos aluviales procedentes del transporte

de sedimentos de los ríos antes mencionados principalmente. El resto de los terrenos que constituye el

cuaternario, está representado por materiales coluviales, aluviales, masas deslizadas y pequeñas dunas.

2.2.1.2 Tectónica

En los terrenos postorogénicos desde el Mioceno Superior hasta la actualidad no se produce actividad tectónica

importante. El aspecto más importante de esta actividad sería la abertura del estrecho de Gibraltar.

2.2.1.3 Características del área de estudio

El areá de estudio se clasifica como III4. Esta zona está constituida por materiales arcillosos tales como limos y

arcillas y caracterizados por una morfología llana, drenaje muy deficiente y materiales impermeables.

Litológicamente, el área III4 se caracteriza por presentar arcillas y limos muy plásticos de color gris oscuro, con

abundante materia orgánica y posibles zonas de turbas. El grado de consolidación de los materiales aumenta con

la profundidad. Los suelos y capas superficiales se encuentran empapados de agua.

30

Figura 8. Localización de la zona III4 en el Mapa Geotécnico del IGME

2.2.1.4 Características geomorfológicas, hidrológicas y geotécnicas

El área III4 se caracteriza por presentar una geomorfología llana o suavemente alomada, en la cual la estabilidad

está muy relacionada con la pendiente, que en general es alta, aunque presenta grandes asientos. Además, la

presencia de agua es general en toda el agua por su cercanía a la costa.

Además, los materiales arcillosos y limosos son impermeables que, junto a la nula escorrentía, hace que el

drenaje sea deficiente. El nivel freático es muy superficial o somero en las zonas de marismas.

Por último, las características geotécnicas del área de estudio son muy malas caracterizándose por una capacidad

portante muy baja, asientos muy altos y con un problema de drenaje grave. Aunque la estabilidad es buena frente

a corrimientos y deslizamientos de masas de tierra, el relieve es totalmente llano. En general, presentan

problemas de tipo hidrológico, geotécnicos y litológicos, por tanto, las condiciones constructivas en esta zona

son muy desfavorables.

2.2.2 Estudio previo del terreno según el Ministerio de Transporte

La zona de estudio no pertenece a ningún tramo del estudio obtenido del Ministerio de Transporte, sin embargo,

debido a la cercanía de una de las zonas que forma el tramo, la zona de estudio puede presentar características

communes. Es importante considerar que la zona de implantación de tanques está cosntituida por un relleno

hidraúlico ganado al mar, teniendo este relleno unas propiedades que no tienen porqué corresponder a las

propiedades de la zona de estudio. Debajo de este relleno ganado al mar, se encuentran depósitos aluviales

característicos de las zonas costeras. Esté ultimo relleno si puede presentar características similares o parecidas

a las zona más cercana del estudio del Ministerio. Por este motivo, es muy importante su estudio, ya que puede

aportar información relevante para el estudio geotécnico.

31

Figura 9. Situación de la zona de estudio.

La zona de estudio está incluida en el tramo desde Chiclana de la Frontera hasta Los Barrios. En este tramo se

dividen 4 tipos de zonas, siendo la zona del litoral la de interés en este estudio.

Figura 10. Tramo de Chiclana de la Frontera- Algeciras.

32

Figura 11. Relieve del tramo desde Chiclana de la Frontera hasta Algeciras.

El relieve del cuadrante de estudio se caracteriza por ser llano y alomado, característico de una zona de costa.

La zona de estudio se encuentra en la llanura de inundación del Río Guadarranque. Los depósitos aluviales que

existen debajo del relleno de ceniza son procedentes del trasnporte de sedimentos del río Guadarranque que

desemboca en la Bahía de Algeciras.

2.2.2.1 Estratigrafía

Se presenta la columna estratigráfica correspondiente al todo el tramo de Chiclana de la Frontera -Algeciras,

siendo de nuestro interes la parte derecha rodeado, la cual pertenece a la zona de implantación de los tanques y

se caracteriza por presentar depósitos del cuaternario procedentes del transporte de sedimentos de ríos como el

Guadarranque y Palomares que sedimentan en esta zona debido a que desembocan en la Bahía de Algeciras.

Figura 12. Columna estratigráfica.

33

Dónde:

- V corresponde a depósitos aluviales formados por arenas, arcillas y arcillas yesíferas.

- C1 corresponde a depósitos de deslizamientos de ladera y de desprendimientos.

- M corresponde a depósitos de marisma formada por arcillas y limos fangosos.

2.2.2.2 Problemas que presenta la zona

Los problemas topográficos aumentan desde la zona de Chiclana a Algeciras, encontrándose los más importantes

entre Tarifa y Algeciras.

En cuanto a la litología, los problemas más significativos corresponden a la presencia de materia orgánica en

los sedimentos y de carácter expansivo. En áreas ocupadas por suelos arcillosos presenta un drenaje deficiente

que da a lugar a áreas encharcadas, capacidad portante baja y asientos altos, excepto algunos tramos formados

por conglomerados de las Terrazas marinas. Además, la zona presenta problemas de inundabilidad y

expansividad.

En los taludes de desmontes, los problemas más importantes son la erosión y deslizamiento de los materiales

arcillosos, desprendimientos, caída de bloques y cuñas, etc.

Por ultimo, la influencia del medio marítimo se manifiesta negativamente en dos aspectos:

- El oleaje, que origina númerosos desprendimiento de bloques por erosión de la base de acantilados.

- La marea, la cual da lugar en las marismas a los cambios periódicos del nivel del agua, los cuales

provocan problemas geotécnicos importantes.

2.2.3 Ortofotos de la zona de studio

La ortofoto más antigua obtenida de la zona de estudio corresponde al vuelo americano realizado entre los años

1956 y 1957. En este año, como puede observarse en la siguiente ilustración, no existe todavía la Central Térmica

ni ninguna otra infraestrutura o edificicación en los alrededores.

34

Figura 13. Ortofoto 1956-1957

La siguiente ortofoto corresponde al año 1973 realizado mediante un vuelo interministerial. Desde la ortofoto

de 1956 puede observarse una evolución de la construcción en la zona, especialmente industrias tales como la

Refinería a la izquierda de la imagen.

Figura 14. Ortofoto 1973

35

Entre 1981 y 1986 se realizaron vuelos nacionales en los cuales se obtuvieron ortofotos de toda la península. En

la siguiente ilustración se puede ver la evolución de la zona, que presenta la Central Térmica de los Barrios y el

puerto de Endesa. La central térmica de los Barrios comenzó su actividad en 1986, por tanto, en ese año

comenzaría el vertido de los residuos sólidos producidos como consecuencia de la combustión del carbón. Se

puede apreciar la construcción de una escollera, que será la que limitará la zona de estudio actual.


En los siguientes años continua la evolución de la zona cercana a la Central. En este vuelo se observa una

considerable parte ganada al mar mediante el vertido de los residuos sólidos, los cuales se caracterizan por ser

de tipo ceniza. Esta zona ganada al mar constituye la zona de estudio de la cimentación de los tanques.


36

En el año 2004, no se observa una gran diferencia con respecto la ortofoto anterior. Esto puede deberse al corto

periodo de tiempo en el que se tomaron estas fotos.

Figura 17. Ortofoto 2004

Desde el año 2004 hasta la actualidad no se ha producido ningún gran cambio que afecte a la zona de estudio.

Los cambios más significativos se llevaron a cabo durante el periodo entre 1981 y 2003.

Figura 18. Estado de la zona de estudio en la actualidad.

37

Del siguiente estudio de las ortofotos se puede sacar las siguientes conclusiones:

- La zona ganada al mar se obtuvo entre el año 1986 (año en el que se inicia la actividad de la central) y

2003, año en el que se puede observar la plataforma creado debido al vertido de las cenizas. Por tanto,

en la actualidad, se trata de un relleno joven, de no más de 30 años.

- Al tratarse de una zona costera, el terreno que se encuentra debajo de la zona ganada se trata de un suelo

tipo aluvial.

- Aunque en la parte superficial el estrato presente una alta capacidad portante, el suelo carece de ésta.

Esta resistencia que podemos encontrar en los primeros centímetros del estrato es causada por el

contacto del suelo con la atmósfera, el cual produce una costra que puede presentar una considerable

resistencia, pero que si profundizamos desaparece.

38

3 ESTADO GEOTÉCNICO ACTUAL

El estado geotécnico actual de la zona de estudio se refiere al estudio geotécnico disponible reciente. A partir de

este estudio geotécnico se realizará un análisis del mismo con el objetivo de conocer los parámetros geotécnicos

que caracterizan a cada uno de los estratos en los que se divide la zona.

De esta manera, una vez conocidos los datos obtenidos para cada uno de los ensayos realizados, los cuales

podran ser in situ o en laboratorio, se obtienen los parámetros geotécnicos necesarios para identificar la

naturaleza del terreno, analizar los posibles problemas geotécnicos asociados y estudiar el tipo de cimentación

más adecuada para la zona.

El principal condicionante del proyecto es el estado límite de asiento, por este motivo, se deberá analizar los

parámetros relacionados con el asiento como es el caso de la capacidad portante, de forma que se asegure que la

estructura implantada no supere un asiento límite que dependerá de las dimensiones de la misma.

Una vez analizados los parámetros geotécnicos, en el caso de que estos no sean adecuados se deberá realizar una

mejora del terreno con el objetivo de mejorar estos parámetros hasta conseguir que el terreno tenga la suficiente

resistencia para soportar la carga que supone la implatanción de los tanques.

A partir del estudio geotécnico analizado se han identificado dos niveles estratigráficos:

1. Rellenos antrópicos. Cenizas Grises.

Este nivel está constituido por los residuos sólidos procedentes de la actividad industrial de la zona.

Estos residuos son cenizas. A pesar de que en la zona más superficial, el contacto con la atmósfera

produce una costa cementada, en el resto de su espesor, el estrato no presenta una resistencia elevada.

Presenta un espesor medio de 8.86 m.

2. Aluvial. Arenas grises con pasadas limosas.

Se trata de un depósito aluvial de gran espesor fundamentalmente arenoso. Este estrato esta constituido

generalmente por arenas medias en el cual se intercalan tramos limos de textura fangosa. Este estrato se

ha encontrado hasta la profundidad máxima de sondeo, que ha sido aproximadamente unos 39m,

desconociendo por debajo si existe otro estrato de naturaleza diferente. Sin embargo, aunque no se

conozca si existe otro tipo de estrato en la zona de estudio, tampoco es necesario saberlo, ya que solo

nos interesa el terreno que se encuentra dentro del flujo de presiones que tiene una extension de una vez

y media el díametro del tanque, siendo esto 36m, menor a 39m.

Para la realización del estudio geotécnico se han planificado una serie de ensayos distribuidos por toda la zona

de estudio. Estos ensayos se dividen en dos grupos.

39

3.1. Ensayos in situ

En el estudio geotécnico se han llevado a cabo tres tipos de ensayos in situ, los cuales aparecen en la siguiente

tabla.

Como puede observarse en la figura la zona donde se implantará los tanques de cimentación, solamente alberga

alguno de los sondeos de la zona, de tal manera que para la realización del modelo geotécnico solo se

representara aquellos sondeos que se encuentren en dicha zona, sin embargo, para la obtención de dichos

parámetros se utilizarán todos los datos que se tienen del estudio.

A partir de estos sondeos se obtiene toda la información necesaria para la realización del modelo geotécnico y

la obtención de los parámetros necesarios para la implantación de los tanques.

Figura 19. Localización de sondeos en la zona de implantación de los tanques API.

Nomencaltura Tipo de sondeo Nº de ensayos

realizados

S Sondeos a rotación con ensayos SPT 6

P Ensayo de penetración dinámica 6

CPTU Ensayo de penetración estática con análisis de disipación de

presiones intersticiales 3

Tabla 2. Tipos de ensayos in situ realizados en la zona de estudio.

40

Los ensayos in situ realizados para el reconocimiento del subsuelo han sido los siguientes:

1. Ensayos SPT

Este tipo de ensayo se encuentra regulado por la norma UNE-103800-92 y tiene la finalidad de

determinar la resistencia del suelo mediante un parámetro conocido como NSPT, el cual está

relacionado con la consistencia del suelo y mide la cantidad de golpes que es necesario realizar para

conseguir una penetración de 30cm de un tomamuestras normalizado. En el caso de que el número de

golpes sea mayor de 100, se considera rechazo. Este tipo de ensayo se realiza de forma discontinua.

En función del número de golpes necesario para conseguir 30 cm de penetración, se clasifica el suelo

según su consistencia en 5 grupos diferentes, en el caso de suelos cohesivos, que son los suelos que se

han encontrado al analizar la zona de estudio.

Suelos cohesivos

Valor SPT golpes 30cm Consistencia

Entre 0 y 2 Muy blanda

Entre 3 y 5 Blanda

Entre 6 y 15 Media

Entre 16 y 25 Firme

Superior a 25 Dura

Tabla 3. Clasificación de la consistencia del suelo en función del NSPT.

2. Ensayos penetrométricos tipo DPSH.

El ensayo de Penetración Dinámico Continuo utilizado ha sido el DPSH, el cual presenta la misma

finalidad que en el ensayo NSPT, pero en este caso se mide el número de golpes para el que se produce

una penetración de 20cm de forma continua en toda la profundidad del estrato hasta que se alcance el

rechazo.

Al igual que sucedía con el ensayo SPT, en función del número de golpes obtenido para una

determinada profundidad, se obtiene una medida de la consistencia del terreno, que para el caso de suelo

cohesivo es la siguiente.

Suelos cohesivos

Valor DPSH golpes 20cm Consistencia Valor SPT golpes 30cm

Entre 0 y 2 Muy blanda Entre 0 y 2

Entre 2y 4 Blanda Entre 3y 5

Entre 4 y 8 Media Entre 6 y 15

Entre 8 y 15 Firme Entre 16 y 25

Superior a 15 Dura Superior a 25

Tabla 4. Obtención de la consistencia del terreno en función del DPSH y correlación con el NSPT.

Ambos ensayos (SPT y DPSH) tienen el objetivo de caracterizar la resistencia y deformación del

terreno. Se puede observar que, a medida que se aumenta la profundidad, aumenta el número de golpeos

tanto en el ensayo SPT como en el DPSH lo que quiere decir que el estrato de arenas presenta una

resistencia mayor que el estrato de cenizas, por tanto, la resistencia aumenta a medida que aumenta la

profundidad, asi como se reduce la deformación, por consiguiente, el asiento disminuye con la

profundidad.

41

3. Ensayos de penetración estática CPTU (Piezocono)

El ensayo CPTU tiene el objetivo de medir tres parámetros (resistencia por punta, resistencia por

fuste y presión interticial) de los cuales el más importante es la resistencia por punta, la cual está

condicionada por la consistencia del suelo.

Uno de los parámetros más importantes medidos mediante este ensayo ha sido la presión intersticial

del agua. Ésta influye en el valor de la presión efectiva del terreno y, por tanto, en la resistencia del

mismo. Es necesario considerar que, debido a la marea, la profundidad del nivel freático sufre

variaciones en el tiempo. Estas variaciones del nivel freático pueden condicionar la implantación

de cualquier estructura en la zona y deberán tenerse en cuenta en el diseño de cualquier estructura.

3.2. Ensayos de laboratorio

Para la determinación de diferentes parámetros geotécnicos se han realizado los siguientes ensayos:

1. Análisis granulométrico por tamizado (UNE 103105/95).

El objetivo de este ensayo reside en clasificar el suelo en función del tamaño de los granos que lo

compone clasificándo el suelo en 4 tipos diferentes.

Figura 20. Clasificación de un suelo en función del tamaño de sus partículas.

Para clasificar el suelo se han utilizado el tamiz T5, T04 y T0.08. El tamiz T5 es aquel tamiz que separa

la grava de la arena, el tamiz 0.4 es aquel que separa la arena del limo y, por ultimo, el tamiz 0.08 es

aquel que separa el limo de la arcilla.

2. Determinación de los límites de Atterberg (UNE 103103/94 Y 103104/94).

Se utiliza para conocer el comportamiento plástico de los suelos finos. Conocido los límites de Atterberg

se puede conocer el tipo de suelo a través de la gráfica de casa grande.

42

Figura 21. Clasificación del estado del suelo en función de los límites de Atterberg.

Figura 22. Gráfica de Casagrande correlacionada con la clasificación del suelo según el PG-3.

3. Determinación de la humedad natural de un suelo (UNE 103300/93)

Tiene el objetivo de conocer la cantidad de agua por volumen de terreno que existen en el suelo.

4. Densidad de un suelo (UNE 103301/94).

Obtención de la relación entre la masa de agua y masa de suelo.

5. Ensayo de corte directo. Tipo UU (UNE 103401/98).

Corresponde a un ensayo sin drenaje y sin consolidación. Este ensayo se utiliza en suelos cohesivos

arcillosos y se obtienen como resultado la cohesión sin drenaje (Cu) ya que el ángulo de rozamiento en

este caso es nulo.

6. Ensayo de Corte directo. Tipo CD (UNE 103401/98).

Corresponde a un ensayo consolidado y drenado. Este ensayo se utiliza todo tipo de suelos y se obtienen

como resultado la cohesión efectiva (c’) y el ángulo de rozamiento efectivo (’).

43

El estudio geotécnico engloba otros tipos de ensayo que no serán analizados para la implantación de la

estructura puesto que éstos ensayos están orientados a determinar la agresividad del suelo al contrario que

los demás ensayos en los cuales se han obtenido propiedades resistentes o deformacionales. Estos son:

- Determinación de Sulfatos solubles en Suelos (UNE 103201/96).

- Determinación del grado de acidez Bauman-Gully (EHE).

- Análisis químico de agua freática.

3.3 Resultado de los ensayos

Todos los cálculos realizados y resultados obtenidos de los diferentes ensayos que se han llevado a cabo en el

estudio geotécnico se proporcionan en el Anexo nº 1. Este anexo contiene todos los resultados obtenidos del

SPT, DPSH Y CPTU, junto con el análisis estadístico realizado para cada uno de los estratos con el fin de obtener

los parámetros resistentes y deformacionales necesarios para caracterizar el suelo. Además, se incluyen gráficas

de los diferentes ensayos con el objetivo de visualizer todos los datos obtenidos.

3.3.1 Ensayo SPT.

Se han realizado 6 sondeos a rotación en la zona de estudio, en los que en cada uno de ellos se han realizado

ensayos SPT a diferentes profundidades, obteniendosé los siguientes resultados:

Sondeo Número de ensayos

SPT

S-1 10

S-2 9

S-3 9

S-4 14

S-5 14

S-6 14

Tabla 5. Número de ensayos SPT.

En total se han obtenido 70 lecturas en los 6 sondeos realizados, sin embargo, existen 7 datos de rechazo por

presentar un NSPT mayor a 100.

44

Figura 23. Representación de las lecturas tomadas en cada uno de los ensayos SPT realizados.

Como puede observarse en la gráfica anterior, el valor del NSPT en los primeros metros es elevada. Esto se debe

a que el contacto del primer estrato con la atmósfera produce una costra que presenta una cierta resistencia, que

en algunos casos se obtiene un valor compacto de la consistencia, pero esta resistencia desaparece al profundizar

en el estrato.

Los resultados del ensayo SPT se han utilizado para la obtención de parámetros elásticos como el modulo de

deformación, los cuales no han podido medirse de forma exacta. Así, utilizando diferentes normas y referencias

se ha obtenido valores del modulo de elasticidad. Sin embargo, debido a la costra que se forma se produce un

aumento del Nspt, y por tanto, del modulo de deformación. Por este motivo, se han eliminado de la muestra los

valores de la resistencia de la superficie y aquellos valores que estén fuera de rango ( estos son, aquellos puntos

dónde el valor del modulo sea nulo o muy elevado disponiendo así un límite de valores por estrato) debido a

que distorsionan el valor medio del conjunto y, por tanto, hacen que la muestra sea muy dispersa.

Para el ensayo SPTse han obtenido los siguientes resultados para cada uno de los estratos:

- En el caso del estrato 1, el valor medio obtenido corresponde a una consistencia media, sin embargo, se

debe tener en cuenta que no se ha eliminado los Nspt correspondientes a la zona más superficial, en los

que existe un elevado valor del Nspt debido a la costra que se forma pero que, en realidad no presenta

una resistencia alta. En el caso del estrato 2, éste presenta una consistencia dura pues el valor supera 25

golpes.

- Si se eliminan aquellos datos nulos de la muestra obtenidos en el estrato inmediatamente por debajo de

los valores de consistencia altas debido a la costra. Estos valores también se elimina ya que distorsionan

la media.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

N SPT

TPro

fun

did

ad (

m)

Ensayo SPT

Sondeo S-1

Sondeo S-2

Sondeo S-3

Sondeo S-4

Sondeo S-5

Sondeo S-6

45

Reduciendo a la mitad los datos obtenidos de los ensayos se obtienen una media de 5.6 con una menor desviación

de la muestra, por tanto, menos dispersión de los datos.

El valor de Nspt también es útil para el cálculo de la resistencia al corte sin drenaje (cu) ya que ésta se

correlaciona con la resistencia a compression simple. La resistencia a compression simple a su vez depende del

número de golpes del ensayo SPT tal y como puede verse en la siguiente tabla del CTE.

Tabla 8. Valores orientativos del Nspt, resistencia a compresió simple y módulo de elasticidad. Tabla D.23 de

CTE-C.

𝐶𝑢 = 𝑞𝑢

2

Ensayo CPT Estrato 1 Estrato 2

Número de datos 21 42

Valor medio 5 34

Valor mínimo 0 3

Valor máximo 28 85

Desviación 6.61 18.45

Coeficiente de variación 1.12 0.54

Número de datos 10

Valor medio 6

Valor mínimo 2

Valor máximo 12

Desviación 3.95

Coeficiente de variación

0.71

Tabla 6. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo SPT.

Tabla 7. Análisis estadístico modificado realizado en los datos obtenidos del ensayo SPT.

46

Cálculo de la resistencia al corte sin drenaje a partir del Nspt

Símbolo Descripción Valor

N spt Nº Golpes ensayo SPT 2

qu (KN/m2) resistencia compresión simple 16

Cu (Kpa) resistencia al corte sin drenaje 8

Tabla 9. Cálculo de Cu a partir del Nspt.

De esta forma, se obtiene un valor de 8kPa para la resistencia al corte sin drenaje, que tiene sentido, puesto que

es suelo estudiado es de poca resistencia.

Por otro lado, también es posible calcular el valor de la resistencia al corte sin drenje (cu) a partir del coeficiente

de poissons del terreno y la tensión total un punto, según la siguiente expresión:

𝑐𝑢

𝜎 =

1−2∗𝜈

2∗(1−𝜈)

Donde:

- Cu: resistencia al corte sin drenaje (KPa).

- 𝜎: tensión total en un punto del estrato (KPa).

- 𝜈: coeficiente de poissons.

Cálculo de la resistencia al corte sin drenaje a partir de la tensión total y el coeficiente de poissons


v coeficiente de poisons 0.35

σ (kPa) tensión totla 41.01

u (kPa) tensión intersticial 24.33

σ' (kPa) tensión efectiva 16.68

cu (kPa) resistencia al corte sin drenaje 9.46

Tabla 10. Cálculo de Cu a partir de σ y 𝜈.

De esta forma, se obtiene un valor de cu de 9.46kPa, mayor que el valor obtenido mediante la relción con el

Nspt, pero de magnitud similar.

Una vez calculada la resistencia al corte sin drenaje de estas dos formas, el valor que se va a tomar para el cálculo

de las columnas de grava es el de 8kPa, ya que resulta de un cálculo más representativo, puesto que el Nspt se

han obtenido directmente de ensayos, al contrario que el coeficiente de poisons que se ha tenido que suponer en

función de la tipología del suelo.

47

3.3.2 Ensayo de penetración dinámica

En el caso del ensayo DPSH se han introducido en cada uno de los ensayos el número de golpes cada metro de

profundidad obtiéndose de esta manera una envolvente como la que puede verse en la siguiente gráfica.

Figura 24. Representación de las lecturas tomadas en cada uno de los ensayos DPSH realizados.

En total, se han realizado 6 ensayos dinámicos, en los que en cada uno de los cuales se han realizado lecturas

cada 0.2m, obteniéndose infinidad de datos para cada uno de los ensayos realizados. A diferencia del ensayo

SPT, el cual realiza medidas discontinues a diferentes profundidades, el ensayo DPSH permite medir la

consistencia del estrato de forma continua.

A continuación, se muestra una tabla con los valores del ensayo de penetración dinámica para cada uno de los

estratos.

Ensayo de penetración dinámica Estrato 1 Estrato 2

Número de datos 26.00 92

Valor medio 5 34

Valor mínimo 0 4

Valor máximo 25 89

Desviación 5.08 21.89

Coeficiente de variación 0.94 0.64

Tabla 11. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo DPSH.

0102030405060708090100

02468

10121416182022242628303234363840

N DPSH

Pro

fun

did

ad(m

)

Ensayo de Penetración Dinámica

Sondeo P-1

Sondeo P-2

Sondeo P-3

Sondeo P-4

Sondeo P-5

Sondeo P-6

48

De igual forma que el caso anterior, en la superficie aparece valores altos del DPSH debido a la costra producida

por el contacto entre el estrato de ceniza y la atmósfera. Sin embargo, esta resistencia desaparece al profundizar

sobre el estrato. Según los resultados obtenidos, la consistencia es tipo media para el estrato 1 y dura para el

estrato 2.

El ensayo DPSH no se ha utilizado para la obtención de parámetros geotécnicos o elásticos, ya que existen una

gran cantidad de datos del ensayo SPT.

A continuación, se han representado la misma información que en la figura anterior en parejas relacionando así

los SPT y DPSH más cercanos, de forma que se pueda visualizar si los ensayos dan el mismo resultado con

respecto la consistencia del suelo, teniendo en cuenta que el primero la penetración es de 30cm y en el segundo

es de 20cm.

Figura 25. Resultados de las lecturas de los ensayos SPT y DPSH.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100

02468

10121416182022242628303234363840

N DPSH

Pro

fun

did

ad(m

)

Sondeos SPT y DPSH

Sondeo P-1

Sondeo P-2

Sondeo P-3

Sondeo P-4

Sondeo P-5

Sondeo P-6

Sondeo S-1

Sondeo S-2

Sondeo S-3

Sondeo S-4

Sondeo S-5

Sondeo S-6

49

Figura 26. Relación entre el número de golpes del Sondeo S-1 y P-1.

Figura 27 Relación entre el número de golpes del Sondeo S-2 y P-2.

0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-1 y P-1

Sondeo S-1

Sondeo P-1

0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-2 y P-2

Sondeo S-2

Sondeo P-2

50

Figura 28. Relación entre el número de golpes del sondeo S-3 y P-4.


0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-3 y P-4

Sondeo S-3

Sondeo P-4

0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-4 y P-3

Sondeo S-4

Sondeo P-3

51



0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-5 y P-6

Sondeo S-5

Sondeo P-6

0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Nº de golpes

pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-6 y P-5

Sondeo S-6

Sondeo P-5

52

En todas las parejas de SPT y DPSH ocurre que el ensayo de DPSH llega siempre a una profundidad mayor que

el SPT. Además, en la mayoría de los casos ocurre que el número de golpes del SPT es mayor al número de

golpes en el DPSH, ya que se debe llegar a una penetración de 30cm, 10 cm más que en el ensayo de penetración

dinámica.

3.3.3 Piezocono

A partir de los ensayos CPTU, se han obtenido valores de la resistencia por punta, resistencia por fuste y presión

intersticial a lo largo de la profundida del estrato, obteniéndose una envolvente como en los casos anteriores.

Como puede observarse en la siguiente gráfica, la resistencia por punta aparece a partir de los 6m aproxidamente.

Esto se debe a que el CPT se ejecutó con un perforo inicial de forma que el ensayo se ejecutó a partir de esta

profundidad.

Figura 32. Representación de la resistencia por punta en función de la profundidad para los ensayos CPTU

realizados.

Para el caso del estrato 1, solo se tiene información de el CPTU 2, obteniendosé los siguientes resultados:

0 5 10 15 20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Resistencia por punta qc (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Ensayo CPTU

CPTU1

CPTU2

CPTU3

53

qc (Mpa) Fs (Mpa) u2 (Mpa)

Número de datos 1.00 1.00 1.00

Valor medio 1.17 0.01 0.04

Valor mínimo 1.17 0.01 0.04

Valor máximo 1.17 0.01 0.04

Tabla 12. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo CPTU en el estrato 1.

La resistencia por punta presenta un valor aproximado de 1.2MPa, tomado en la transición del estrato de cenizas

y el estrato de arenas arcillosas. Los valores de resistencia por fuste y disipación de presiones intersticiales son

nulos. Ésto ultimo significa que el suelo es permeable pues en el proceso de consolidación es rápido, ya que

cuando se le aplique una carga, esta carga será soportada en poco tiempo por la masa de terreno.

Para el caso del estrato 2, se han realizado 3 ensayos, en los que en cada uno de ellos se han tomado 3 lecturas

en profundidades diferentes obteniendosé los siguientes resultados:

qc (Mpa) Fs (Mpa) u2 (Mpa)


Valor medio 7.58 0.06 0.07


Valor máximo 17.12 0.12 0.12

Desviación 4.65 0.03 0.03

Coeficiente de variación 0.61 0.43 0.35

Tabla 13. Análisis estadístico realizado en los datos obtenidos del ensayo CPTU en el estrato 2.

En este caso si podemos hacer un estudio estádistico y prestar atención a valores como la desviación ya que se

tienen más de un dato y por tanto, la muestra es más representativa del comportamiento real del terreno.

Al igual que ocurría en el estrato 1, los valores de la resistencia por fuste y la disipación de presiones intersticiales

es despreciable con respecto la resistencia por punta. Por este motivo, solo se ha tenido en cuenta en el estudio

el valor de la resistencia por punta, que en el caso del estarto 2 presenta un valor medio de 7.58MPa, valor

considerable con respecto el valor obtenido en el estrato anterior. Sin embargo, presenta un valor elevado de la

desviación, por tanto, existen valores muy diferentes en la muestra considerada, ya que se parte de un valor

mínimo de 3.22 MPa y se llega a un valor máximo de 17.12 MPa.

Además de la resistencia por punta, resistencia por fuste y presión intersticial, del piezocono también es posible

obtener los coeficientes de consolidación horizontal, vertical y la permeabilidad de cada estrato. En el estudio

geotécnico se ha realizado unicamente un ensayo de disipación de presiones interticiales en el estrato 2

obteniendosé los siguientes resultados.

CPTU2

Ensayo de disipación de presiones intersticilaes

54

Estrato 2

cota (m) Clasificación del suelo Tiempo de disipación (s) 50% Tiempo de disipación (s) total

11.25 Arcilla limosa- limo arcilloso 24 942.8

12.59 Limo arcillosos - arcilla

limosa 101 587.4

cota (m) Ch (cm^2/s) según Baligh Ch (cm^2/s) según Houlsby Kh (cm/s)

11.25 1.47E-01 1.47E-01 3.13E-06

12.59 7.43E-01 1.47E-01 1.88E-05

Tabla 14. Resultados del ensayo de disipación de presiones intersticiales.

El valor establecido para la permeabilidad ha sido el valor medio, el cual corresponde a 1.1*10-5 por ser

estadísticamente el más representativo, pues solamente se tienen dos datos en la muestra.

Para el caso del estrato 1 correspondiente a las cenizas, no existen ningún valor medido de la permeabilidad, por

tanto, se deberá calcular a partir de datos obtenidos en los diferentes ensayos. Así, para el cálculo de la

permeabilidad se ha utilizado la formula de Hazen, cuya expresión es la siguiente:

𝑘 (𝑐𝑚

𝑠) = 100 ∗ (𝐷10)(𝑐𝑚)

Dónde D10 corresponde al diámetro por el cual pasa el 10% de la muestra. Sin embargo, si se analizan las curvas

granulométricas del estrato de cenizas se puede comprobar que la curva no corta en ningún momento en el 10%

de material que pasa, por tanto, no es posible utilizar esta fórmula. Además, también es necesario considerer que

esta formula solo es válida para arena uniformes en la que el parámetro D10 está comprendido entre 0.1 y 3m.

Por consiguiente, como la ceniza presenta unas propiedades similiares a la arcilla, se ha tomado como un valor

representativo de la permeabilidad el valor de 10-8 cm/s, por tratarse de un material practicamente impermeable.

Figura 33. Curva granulométrica sondeo S-2.

3.3.4 Análisis granulométrico.

Como puede verse en la siguiente tabla, para cada uno de los estratos se han obtenido el porcentaje de material

55

que pasa por los tamices T5, T0.4 y T0.08.

El estrato 1 tiene

naturaleza de arcilla, ya que más del 92% de su contenido pasa el tamiz 0.08. En cambio, el estrato 2, presenta

más de un 50% de retenido el limo y un porcentaje considerable de arcilla y arena pudiendosé considerar como

un limo arcilloso.

3.3.5 Ensayo de corte directo tipo CD y tipo UU.

Todos los ensayos de corte directo UU (sin drenaje) se realizan en el estrato 2, correspondiente a las arenas, por

tanto, lo adecuado sería que se hubiese realizado en todos los casos el tipo CD (con drenaje). Aunque se haya

realizado el corte directo tipo UU, el material drena perfectamente, ya que se trata de un suelo granular, por

tanto, se obtiene el mismo resultado que en el caso de realizar un corte directo tipo CD.

En el estrato 1 solamente se tiene un valor tanto de la cohesión como del ángulo de rozamiento, por tanto, este

es el valor que se toma correspondiente a 10.79kPa y 28.36º respectivamente.

En el caso del estrato 2 de arenas, se obtiene 3 valores de la cohesión y ángulo de rozamiento, siendo su media

4.52kPa y 31.8º respectivamente. En ambos estratos la cohesión es practicamente nula, ya que tienen naturaleza

de arena.

3.3.6 Limites de Atterberg

Todos los ensayos que se han realizado del límite de Atterberga no proporcionar valores ni del límite líquido ni

plástico, por tanto, esto quiere decir que se trata de un suelo no plástico.

3.3.7 Humedad del suelo

En el estrato 1 se obtiene un único dato de la humedad, cuyo valor es de 57.5%.

En el estrato 2 se obtiene un total de 6 datos de la humedad, cuyo valor medio es de 21.48%.

Estrato Valor medio % pasa

T5 T0.4 T0.08

1 100.00 98.50 92.15

2 99.95 88.00 33.77

Tabla 15. Resultados obtenidos del análisis granulométrico para cada uno de los estratos

Humedad en el estrato 2

Número de datos 6.00

Valor medio 21.48

56

La humedad es un parámetro importante a considerar en el caso de zonas costeras ya que la subida y bajada de

marea puede producir cambio en la humedad del suelo. Por esta razón, se han obtenido valores con una

desviación considerable. Aún así, no se conoce si la medición en cada uno de los sondeos se realizó a la misma

hora.

3.3.8 Densidad del suelo

En el estrato 1 se obtiene un único dato correspondiente a la densidad seca y húmeda, cuyos valores son 1.003

y 1.579 g/cm3 respectivamente.

En el estrato 2 se obtiene un total de 6 datos tanto para la densidad seca como húmedad, cuya media de valores

es 1.68 y 3.02 g/cm3 respectivamente.

Densidad seca en el estrato 2 (g/cm^3)


Valor medio 1.68

Valor mínimo 1.51

Valor máximo 1.86

Desviación 0.15

Coeficiente de variación 0.09

Tabla 17. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la densidad seca en el estrato 2.

Densidad húmeda en el estrato 2 (g/cm^3)


Valor medio 2.03

Valor mínimo 1.93

Valor máximo 2.13

Desviación 0.08


Tabla 18. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la densidad húmeda en el estrato 2.

La desviación obtenida en el caso de la densidad seca y húmeda es muy baja, por tanto, quiere decir que los

datos de la muestra son homogéneos y, por consiguiente, los valores medios son valores apropiados para tenerlos

en cuenta en el estudio.

Valor mínimo 14.60

Valor máximo 28.80

Desviación 5.87


Tabla 16. Análisis estadístico realizado para los datos obtenido de la humedad en el estrato 2.

57

3.3.9 Parámetros elásticos

3.3.9.1 Modulo de deformación longitudinal

Los ensayos realizados en cada sondeo no permiten obtener de manera directa el módulo de deformación

del terreno, parámetro que resulta de gran importancia para la evaluación del estado límite de servicio

correspondiente al asiento.

Para la obtención del modulo de deformación de manera indirecta se han utilizado diferentes normas y

referencias. Estas han sido:

- Código Técnico de la Edificación (CTE).

Esta norma permite relacionar el valor del Nspt con valores del módulo de deformación a partir de la

consistencia. En función de la posición en la que se encuentre Nspt en unos rangos, se calcula su

correspondiente módulo de elasticidad asociado mediante una interpolación lineal.

Para la

obtención del modulo de elasticidad, en primer lugar se ha relacionado el NSPT con una determinada

consistencia, para conocer de esta manera el tipo de suelo en cada profundidad de medición. En segundo

lugar, se ha relacionado el tipo de suelo en función de la consistencia del ensayo SPT con el tipo de

suelo en función del Código Técnico de la Edificación. Por últtimo, se ha realizado una interpolación

lineal para obtener el valor del modulo de elasticidad en cada una de las profundidades en las que se ha

realizado una lectura. De esta forma, se obtiene la siguiente gráfica para cada uno de los sondeos:

PARÁMETROS ELÁSTICOS SEGÚN CTE

Tipo de suelo E(MN/m^2)

valor mínimo valor máximo

Suelos muy flojos o blandos 0 8

Suelos flojos o blandos 8 40

Suelos medios 40 100

Suelos compactos o duros 100 500

Tabla 19. Correlación entre el tipo de suelo y valores del módulo de elasticidad

58


sondeos, según el CTE.

Es necesario considerar que se han eliminado una serie de datos que distorsionaban la media. Estos han

sido:

o Aquellos correspondientes a la zona superficial del estrato 1 debido a que presentaban un valor

elevado de Nspt y, por tanto, del modulo de deformación provocado por el contacto de la

atmósfera con el suelo

o Aquellos valores del modulo de deformación nulo o de valor muy Elevado. Asi, se ha limitado

el modulo a 10 MPa en el caso del estrato 1 y a 50MPa en el caso del estrato 2.

El hecho de eliminar estos datos produce una disminución de la desviación de la muestra, es decir, hace

que los valores de la muestra no sean tan dispersos.

0.00 20.00 40.00 60.00

0

5

10

15

20

25

30

35

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Módulo de deformación según CTE

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

59

Figura 35. Representación del módulo de deformación modificado en función de la profundidad para cada uno

de los sondeos, según el CTE.

- Recomendaciones de Obras Marítimas (ROM).

Estas recomendaciones (que no son de obligado cumplimiento) relacionan, al igual que el Código

Técncio de Edificación, el valor el Nspt con el valor del módulo de deformación del terreno mediante

la consistencia, obteniéndosé para cada sondeo los siguientes resultados.

PARÁMETROS ELÁSTICOS SEGÚN ROM

Compacidad Módulo de deformación drenado

(Mpa)

Suelos cohesivos Limo de gran

uniformidad con algo de arena y arcilla

Dura o firme 40

Media 15

Blanda 7

Muy blanda 2

Tabla 20. Valor del módulo de elasticidad en función del tipo de suelo y grado de compacidad según ROM.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100

Pro

fun

did

ad (

m)

E (MPa)


S-1

S-1

S-3

S-4

S-5

S-6

60

En primer lugar se correlaciona el tipo suelo según la compacidad resultante del ensayo SPT con la

consistencia según la ROM, asignando a cada una de las lecturas tomadas valores del módulo de

deformación.


sondeos, según la ROM.

En el caso de la ROM solamente se han eliminado aquellos datos correspondientes a la superficie por

el mismo motivo que han sido eliminados en el CTE. Los datos obtenidos en esta recomendación son

menores que los datos obtenido de la norma CTE.

- Guía de cimentación de obras de Carretera (GCOC).

La GCOC asigna a cada tipo de suelo un valor mínimo y máximo del modulo de deformación, por

tanto, en función de la clasificación del suelo realizada en el estudio geotécnico se ha podido asignar

valores de E a cada uno de los sondeos, obteniendosé la siguiente gráfica en la cual se muestran los

valores medios.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0

5

10

15

20

25

30

35

40

E(MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Estimación del módulo de deformación según ROM

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

61

PARÁMETROS ELÁSTICOS SEGÚN GCOC

Tipo de suelo Módulo de deformación Ed (Mpa)

Arenas 10-30.

Limos 5-20.

Arcillas normalmente consolidadas 1-20.

Tabla 21. Valor del módulo de elasticidad en función del tipo de suelo según GCOC

Figura 37. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según GCOC.

En el caso de GCOC, los valores mínimos y máximos oscilan entre 10 y 30 MPa, por tanto no ha sido

necesario eliminar ningún dato de la muestra. Esta guía resulta poco conservadora y la clasificación del

suelo, de la que depende la asignación del modulo de deformación es muy grosera, ya que se le asigna

a las cenizas una clasificación tipo limo. Esta norma podría ser adecuada para suelos tipo libro, que

cumplen completamente con los requisitos de clasificación, pero en este caso, puede producir una

desviación de la muestra y aumento de la media del modulo.

10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Módulo de deformación según GCOC

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S- 6

62

- Sanglerat y Windlow (Para suelos cohesivos y granulares respetivamente).

Sanglerat establece relaciones entre el modulo edométrico y la resistencia por punta en función de un

parámetro que depende del tipo de suelo coheviso del que se trate.

Figura 38. Obtención del parámetro .

El módulo edométrico se obtiene como resultado del producto entre el parámetro y la resistencia por

punta qc (MPa).

Em = * qc

Es necesario obtener el módulo de deformación a partir del módulo edométrico, mediate la siguiente expresión:

𝐸𝑚 =𝐸 ∗ (1 − 𝜈)

(1 + 𝜈) ∗ (1 − 2𝜈)

Dónde:

o Em: módulo de deformación edométrico (MPa).

o E: módulo de deformación (MPa).

o ν: Coeficiente de Poisson (adimensional).

63

PARÁMETROS ELÁSTICOS SEGÚN SANGLERAT (1965)

Tipo de suelo Clasificación factor de correlación

m

Arcilla y limos muy plásticos CH,MH 2-7.5

Arcillas de plasticidad intermedia o baja qc menor a 0.7MN/m^2 CI, CL

3-10.

Arcillas de plasticidad intermedia o baja qc mayor a 0.7MN/m^2 2-6.

Limos MI, ML 3-7.5

Limos orgánicos OL 2-10.

Arcillas y limos de alta plasticidad CH,MH 2-6.

Arcilla de plasticidad intermedia o baja qc mayor a 2MN/m^2 CI,CL

1-2.5

Arcilla de plasticidad intermedia o baja qc menor a 2MN/m^2 2-5.

Tabla 22. Relación entre el tipo de suelo y el factor de correlación.

Para el caso de suelos granulares, se utiliza la relación de Whitlow, en la cual se obtiene el módulo de deformación a partir del tipo de suelo granular, tipo de cimentación y resistencia por punta. Así, para una cimentación circular y una arena normalmente consolidada la relación entre E y qc es de 2.5.

A partir de estas dos referencias, se obtienen los diferentes gráficos:

Figura 39. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según Sanglerat y

Whitlow.

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Módulo de deformación según Sanglerat y Withlow

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

64

Además de estas gráficas, se han representado los valores del modulo de deformación para cada una de las

normas en cada uno de los estratos con el objetivo de observer la diversidad de datos que existen entre las

diferentes fuentes de información.

Figura 40. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-1 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat.


0.00 50.00 100.00

0

5

10

15

20

25

30

E (MPa)P

rofu

nd

idad

(m

)

Sondeo S-1

ROM

SANGLERAT

GCOC

CTE

0.00 50.00 100.00

0

5

10

15

20

25

30

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-2

ROM

SANGLERATGCOC

65

Figura 42. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-3 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat

Figura 43. Valores del módulo de deformación en el sondeo S-4 según CTE, ROM, GCOC o Sanglerat

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00

0

5

10

15

20

25

30

E(MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-3

ROM

SANGLERAT

GCOC

CTE

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

E (MPa)

Pro

fun

diid

ad (

m)

Sondeo S-4

ROM

SANGLERAT

GCOC

CTE

66



0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-5

ROM

SANGLERAT

GCOC

CTE

0 50 100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Sondeo S-6

ROM

SANGLERAT

GCOC

CTE

67

En estas gráficas se puede observar:

- El CTE es la fuente con más dispariedad en los datos, lo que le proporciona al conjunto un valor de la

desviación.

- La GCOC presenta los valores más bajos. Resulta una recomendación grosera que no considera el valor

del Nspt para la obtención del modulo de deformación, al contrario que las demas normas.

Para la obtención del modulo de deformación se ha realizado un análisis estadístico de los datos obtenidos de

las diferentes normas, recomendaciones o autores. Así, se ha obtenido para cada una de éstas una serie de

variables estadísticas, éstas son:

- Valor medio: Promedio de todos los valores obtenidos para cada una de las normas, recomendaciones

y autores.

- Valor mínimo

- Valor máximo

- Desviación típica: Indica como de dispersos son los valores de la muestra. Cuanto mayor sea la

desviación típica, mayor será la dispariedad de datos.

- Coeficiente de variación: Relación entre la desviación típica y el valor medio.

- Moda: Aquel valor de la muestra que tienemayor frecuencia absoluta, es decir, aquel que se repite el

mayor número de veces.

- Mediana: Corresponde al valor central de la muestra cuando ésta se ordena de menor a mayor.

- Cuartil 25%: Representa que el 25% de los datos de la muestra son menores o iguales a un valor.



- Percentil 5%: Representa que el 5% de los datos de la muestra son menores o iguales a un valor.

Corresponde a un valor muy conservador.

Este análisis estadístico se ha realizado por separado para cada una de las normas, recomendaciones o autores

para conocer la influencia de cada una de éstas en el conjunto total y a continuación se ha realizado este mismo

análisis para todo el conjunto de datos.

En función de los resultados obtenido en el anexo nº 1 se obtienen las siguientes conclusiones:

- La menor desviación se obtiene de GCOC, sin embargo esta recomendación resulta muy grosera, pues

no se basa en ningún resultado cuantitativo obtenido en los ensayos, sino que asigna valores mínimos y

máximos en función de una clasificación del suelo que no tiene porque corresponder con la realidad.

- Las demas normas, recomendaciones y autores (CTE, ROM y Sanglerat) se basan en el ensayo SPT,

por tanto, muestran una mayor confianza en sus resultados. De todas estas normativas, el CTE es la que

presenta una mayor desviación, ya que presenta desde valores nulos del Nspt hasta valores máximos

de rechazo, lo que provoca que los valores de la deformación a diferentes profundidades sean muy

diferentes y por tanto, existen una gran desviación en la muestra. Eliminado estos valores nulos y

máximos se obtiene una desviación de 2.188 y 13.61 para el estrato 1 y 2 respectivamente.

- La ROM y Saglerat presenta valores menos dispares y por tanto, su desviación es mucho menos.

68

Realizando el análisis estadístico para todo el conjunto de datos una vez eliminados de la muestra aquellos

valores nulos y valores de la resistencia en la costra y limitar la deformación máxima a 50MPa se han elegido

unos módulos de deformación de 1 y 10 MPa para los estratos 1 y 2, considerando solamente el percentil 5 como

un valor muy conservador.

Estos valores tan excesivamente bajos del modulo de deformación han sido resultado de considerar todas las

normas y recomendaciones. Considerando la disparidad de los datos que proporciona la norma CTE y la poca

confianza en los datos que muestra GCOC, se ha realizado nuevamente otro análisis estadístico solamente

teniendo en cuenta los valores que ofrece la ROM y Sanglerat, ya que estos valores son los que tienen un valor

más coherente.

De esta forma, se ha dividido el terreno en tres niveles diferentes:

- Estrato superior desde la superficie hasta una profundidad de 6m.

- Estrato intermedio con una profundidad inicial de 6m hasta una profundidad de 15m.

- Estrato inferior con una profundidad a partir de 15m.

Para la separación de los diferentes estratos se han observado las gráficas del modulo de deformación de forma

que, los límites de cada uno de los estratos corresponden a cambios en el valor del modulo.

Para cada uno de estos estratos y norma se han obtenido el percentil 5% y el cuartil 25% para conocer de manera

aislada su comportamiento.

Estrato prof inicial (m) prof final (m) Percentil 5% Cuartil 25%

ROM Sanglerat ROM Sanglerat

1 0 6 2 6.57 2 6.57

2 6 15 15 8.74 20 18.00

3 15 30 48.50 18.95 50.00 18.95

Tabla 23. Análisis estadístico del módulo de elasticidad según ROM Y Sanglerat por separado en los estratos

considerados.

Se puede observar que los valores que se obtienen para la ROM son más altos que los que se obtienen con

Sanglerat en el caso del estrtao 2 y 3, por tanto, cuando se considere el cojunto entero de datos el hecho de

considerar Sanglerat producirá una bajada del valor medio y una subida de la desviación.

A continuación, considerando toda la muestra de datos proporcionada por ROM y Sanglerat se han obtienen los

siguientes módulos de deformación longitudinal.

Estrato prof inicial (m) prof final (m) E asignado

conservador en MPa

E asignado menos

conservador en Mpa (cuartil

75)

1 0 8 4.00 6.68

2 8 15 9.83 20.00

3 15 30 18.95 50.00

Tabla 24. Análisis estadístico del módulo de elasticidad según ROM y Sanglerat de manera conjunta en los

estratos considerados.

69

De esta manera, según los resultados obtenidos de este segundo análisis estadístico se han asignado los siguientes

valores a cada estrato:

- Valor del modulo de deformación de 4MPa desde 0 a 8m.

- Valor del modulo de deformación de 10MPa desde 8 a 15m.

- Valor del modulo de deformación de 20MPa a partir de 15m.

Como puede verse en la tabla 24, los módulos asignados a cada estrato corresponden al percentil 5 en el caso de

los estratos de arena arcillosa, por tanto, esto significa que el 95% de las ocasiones se tendrá un valor del modulo

de elasticidad mayor que el establecido, por lo que nos encontramos del lado de la seguridad. En el caso de las

cenizas se ha establecido un valor de 4MPa, un valor mayor al percentil 5.

3.3.9.2 Coeficiente de poissons

El coeficiente de poisson representa la relación entre el modulo de deformación longitudinal y tranversal. Este

parámetro elástico depende de la clasificación del suelo. A continuación, se muestra una tabla en que se relaciona

el tipo de suelo con el coeficiente de poisson del mismo.

Tipo de suelo Coeficiente de poisson

Suelos saturados sin drenaje 0.5

Arcillas duras preconsolidadas 0.15

Arcillas medias 0.3

Arcillas blandas normalmente consolidadas 0,4

Arena densa 0.3-0.4

Arena suelta 0.1-0.3

Tabla 25. Correlación entre la tipología de suelo y el valor del coeficiente de poissons.

En función de esta tabla anterior se ha asignado un coeficiente de poisson de valor 0.3 para los 3 estratos, valor

correspondiente a una arcilla media, teniendo en cuenta que el software de cálculo no permite un valor mayor a

0.35 y que los ábacos y gráficas utilizadas se han obtenido con este valor.

3.4 Conclusiones del estudio geotécnico

Del siguiente estudio geotécnico se han obtenido las siguientes conclusiones:

- La zona está constituida por un depósito cuaternario de arenas con limos y arcillas sobre el cual

descansan cenizas que han sido depositadas debido a la actividad de la central Térmica de los Barrios y

que consituye un espesor de 8m.

- Geotécnicamente se ha dividido en dos estratos, pero desde el punto de vista elástico el segundo estrato

se ha dividido en dos subestratos debido al incremento del modulo de deformación con respecto la

profundidad, obteniéndose los siguientes valores del modulo de elasticidad en función de la

70

profundidad:

o 0-8m: 4MPa.

o 8-15m: 10MPa.

o Mayor a 15m: 20MPa.

- La principal muestra de datos se ha obtenido del ensayo SPT, que ha permitido la obtención del modulo

de deformación, resistencia al corte sin drenaje y otros parámetros de gran importancia para la

implantanción de la estructura.

- La zona se caracteriza por presentar suelos blandos y sueltos tanto en el estrato formado por rellenos

artificiales como los depósitos aluviales que forma el estrato inferior.

- Al tratarse de suelos antrópicos y de grano fino, presentan tendencia al colapso. La capacidad resistente

del estrato es baja-media, por tanto, por si solo el terreno no es capaz de soportar las tensiones que

trabsmite la carga de tanque, por tanto, se deberá estudiar alguna mejora del terreno.

- La zona de estudio se encuentra en la costa, por tanto, es muy importante considerar las variaciones que

sufre el nivel freático debido a la subida y bajada de la marea.

- La resistencia de la superficie no se tendrá en cuenta en el estudio debido a que no representa un

comportamiento real del suelo, puesto que está resistencia corresponde al endurecimiento de la ceniza

debido al estar en contacto con la atmósfera en los primeros centímetros o metros del terreno, pero

conforme se icrementa en profundidad esta resistencia desaparece.

- El nivel freático se encuentra a una profundidad media de la superficie de 4.22m, sin embargo, en el

estudio deberán considerarse los valores mínimos y máximos, que son 3.15m y 4.9m respectivamente,

los cuales van a afectar a las presiones efectivas del terreno y, por tanto, a su resistencia. La situación

más desfvorable será aquella en la que el nivel freático se encuentre más próxima a la superficie, ya que

aumenta el valor de las presiones intestciciales, que a su vez disminuye el valor de las presiones efectivas

según la ley de Terzagui y por tanto, la resistencia del terreno es menior.

Ley Terzagui: σ’ = σ – u

Resistencia: τ = c’ + σ’*tg(Φ’)

La resistencia aumenta al aumentra las presiones efectivas, y para un mismo punto, las presiones

efectivas son mayores cuando más cerca esté el nivel freático del punto de evaluación de las tensiones,

ya que la columna de agua es menor.

- En función del número de datos de la muestra se han elegido diferentes valores de los parámetros

geotécnicos de forma que estadísticamente sea lo más representativo. De esta forma, aquella muestra

que solo tenga un valor, se ha tomado ese valor, en el caso de tener un par de valores, se ha tomdo el

valor medio y, a medida que la muestr crecia en número se ha podido realizar un análisis estadístico

más exhautivo, pudiendo utilizar cuartiles y percentiles.

- El suelo es tipo no plástico y permeable, por tanto, no existen problemas de consolidación.

Así, para cada uno de los estratos se van a considerar una serie de resultados de cada uno de los

parámetros geotécnicos y elásticos obtenido en función de los datos de los diferentes ensayos.

71

Estrato 1

Parámetro Valor considerado Valor

N spt (nº golpes) Cuartil 25% 2

Resistencia por punta (Mpa) único valor 1.17

Análisis granulométrico

T5 (valor medio) 100.00

T0.4 (valor medio) 98.50


Cohesión (kPa) único valor 10.79

Ángulo de rozamiento (º) único valor 28.00

Densidad seca (g/cm^3) único valor 1.00

Densidad húmeda (g/cm^3) único valor 1.58

Módulo de deformación (Mpa) Asignado según criterio 4

Coeficiente de poisson Asignado según norma 0.3

Humedad (%) único valor 57.5

Tabla 26. Parámetros geotécnicos y elásticos considerados en el estrato 1.

Estrato 2



Resistencia por punta (Mpa) Cuartil 25% 4.64





Cohesión (kPa) Valor medio 4.51

Ángulo de rozamiento (º) Valor medio 31.86

Densidad seca (g/m^3) Valor medio 1.68

Densidad húmeda (g/m^3) Valor medio 2.03

Módulo de deformación (Mpa) según criterio(6m-15m) 10

según criterio (+ 15m) 20


Humedad (%) valor medio 21.48

Tabla 27. Parámetros geotécnicos y elásticos considerados en el estrato 2.

En el caso del estrato 1 existen pocos datos de los diferentes parámetros, por lo cual resulta imposible

hacer un análisis estadística solamente disponiendo de 1 dato en toda la muestra. En cambio, en el

estrato 2 se obtienen un mayor número de datos para cada uno de los parámetros lo que permite el

cálculo de valores medios, desviaciones, cuartiles, etc.

Para el caso del nivel freático, se obtienen 12 datos, de los cuales se toma como valor el mayor del

obtenido en las mediciones de los diferentes días, siendo éste de valor 4.9m, con el objetivo de tener

en cuenta la situación más desfavorable.

Todos los parámetros geotécnicos y elásticos obtenidos en el análisis estadístico se asignan a cada uno

de los estratos obteniéndose de esta manera del perfil geotécnico del terreno, tal y como puede verse

en el plano Nº1.

72

4 CÁLCULO DE ASIENTOS

Una vez conocidos los parámetros geotécnicos y elásticos que caracterizan a cada uno de los estratos que

constituyen el terreno de estudio se debe calcular el asiento que produce la carga circular del tanque sobre cada

uno de estos estratos y compararlo con un asiento admisible de forma que el asiento que produzca la estructura

nunca supere este asiento admisible, cumpliéndose así el estado límite de deformaciones. Dependiendo de la

relación entre el asiento calculado y el asiento admisible se pueden dar dos tipos de situaciones:

- Si el asiento admisible es menor que el asiento calculado significa que se supera el estado límite de

asientos, por tanto, es necesario realizar alguna técnica de mejora de terreno para disminuir los

asientos antes de realizar la cimentación de la estructura.

- Si el asiento admisible es mayor que el asiento calculado significa que el asiento que produce la carga

cumple con el estado límite de asientos, de manera que no es necesario realizar ninguna técnica de

mejora del terreno ya que el suelo por sí solo genera asientos admisibles para el tipo de cimentación.

Para definir el asiento admisible se han consultado diferentes normativas y publicaciones científicas de autores

con el objetivo de tener un valor límite que asegure este estado límite, puesto que en España no existe una

normativa acerca de cimentaciones de tanques de almacenamiento.

En primer lugar, se consultaron dos normativas americanas que hablan acerca de la cimentación de tanques de

almacenamiento. Estas normativas son:

o API estándar 650, Welded Tanks For Oil Storage.

o API Estándar 653, Tank Inspection, Repair, Alteration And Reconstruction.

4.1 API estándar 650, Welded Tanks For Oil Storage.

La información más relevante se encuentra en el anexo B, el cual proporciona consideraciones para el diseño y

construcción de tanques, así como buenas prácticas y algunas precauciones que deben tenerse en cuenta en el

diseño y construcción de estas estructuras.

De estas normativas americanas se han obtenido las siguientes conclusiones:

- La norma establece diferentes factores de seguridad frente al fallo por hundimiento en función de las

condiciones de construcción, siendo estos:

o De 2 a 3 contra el fallo por hundimiento en condiciones normales.

o De 1.5 a 2.25 contra fallo por hundimiento durante las pruebas hidrostáticas.

o De 1.5 a 2.25 contra fallo por hundimiento en condiciones de operación más el efecto

máximo de cargas de viento o cargas sísmicas.

Si el ingeniero responsable del proyecto lo considera necesario, puede utilizar valores fuera de estos

rangos.

73

- La norma establece la necesidad mejorar el terreno dónde se realizará la implantación de los tanques

mediante diferentes técnicas, de las cuales se destacan:

o Remplazar el material inadecuado por un material que presenta una adecuada capacidad

portante.

o Compactación del material blando con pilotes cortos.

o Estabilización del material blando por métodos químicos o inyección de lechada de cemento.

o Transferir la carga a un estrato con unas propiedades geotécnicas adecuadas mediante pilotes

profundos.

o Mejorar las propiedades del subsuelo mediante técnicas de vibrocompactación.

- El material de relleno utilizado para reemplazar el material que carece de capacidad portante debe

estar libre de materia orgánica, cenizas y cualquier material que pueda producir corrosión en el fondo

del tanque.

- Se recomienda una capa fina de un espesor entre 75 y 100mm para proporcionar un área de contacto

máxima y proteger el fondo del tanque del contacto con partículas grandes y desechos.

- Esta normativa diferencia tres tipos de cimentaciones típicas: cimentación de tierra, cimentación con

anillo de hormigón y cimentación con anillo de grava. La primera cimentación se utiliza en el caso de

que el suelo presente una capacidad suficiente, el cual no es el caso del terreno estudiado, por tanto, se

deben las dos últimas cimentaciones, puesto que los tanques presentan grandes dimensiones

(presentan un diámetro de 24m y una altura de 20m) y transmiten importantes cargas a la cimentación.

Sin realizar la mejora de terreno, sería necesario realizar una cimentación de anillo de grava. La

cimentación de anillo de hormigón se descarta debido a los cambios tensionales que se producen en el

punto de apoyo, lo que puede llevar a la flexión de la chapa que forma el tanque. Por este motivo, se

utiliza el anillo de grava, con el que se consigue una mayor transición en las tensiones. Sin embargo,

una vez que se realiza la mejora del terreno, la cual se estudiará en el siguiente capítulo, la capacidad

portante del terreno será la suficiente para poder realizar una cimentación con apoyo directo.

Figura 46. API 650 (2007). Cimentación con anillo de hormigón.

74

Figura 47. API 650 (2007). Cimentación con anillo de grava.

Los tanques están diseñados para soportar el peso específico del aceite, petróleo u otro carburante.

cuya densidad es menor a la densidad del agua, por este motivo, el diseño se realiza considerando el

peso específico del agua, ya que, si el tanque es capaz de soportar la carga debida al agua cumpliendo

los ELU y ELS, también soportará la carga producida por el aceite. El llenado del tanque durante la

prueba hidroestática debe ser lento y controlado.

4.2 API Estándar 653, Tank Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction.

Al igual que en la norma anterior, la información más importante y relevante para el estudio de los

asientos se encuentra en el anexo B. Los principales tipos de asientos son aquellos que están

relacionados con la pared del tanque y la placa inferior. Estos asientos pueden conocerse tomando

medidas alrededor de la circunferencia del tanque.

Figura 48. Ubicación recomendada en la pared del tanque para mediciones de asiento.

75

Figura 49. Ubicación recomendada en el interior del tanque para mediciones de asiento.

En este anexo se diferencian tres tipos de asientos, siendo estos:

o Asiento uniforme: Este tipo de asiento puede conocerse de antemano y con bastante precisión.

o Asiento diferencial: Este asiento se produce debido a la flexibilidad del tanque y resulta

peligroso, puesto que puede producir tensiones en la pared de éstos y puede afectar a la unión

con elementos tales como tuberías.

o La inclinación plana.

Es necesario profundizar en la importancia de los asientos diferenciales con respecto los asientos

uniformes, ya que el problema no se plantea cuando el tanque asienta en toda su superficie unos

centímetros, sino cuando existe una diferencia de asientos que puede provocar la distorsión de la

estructura. Así, el objetivo es evitar los asientos internos y limitar los asientos en la pared.

4.3 Valores de asientos diferenciales por otros autores y normativas

El problema que presenta esta normativa es que no se establecen datos de diseño, ya que dependen de las

condiciones de la superficie de apoyo y éstas pueden ser muy variables. Por tanto, el diseño y construcción de

los tanques de almacenamiento dependerán de cada caso individual y deberá ser realizado por un ingeniero

experto.

76

Por este motivo, se han obtenido datos de los asientos diferenciales en función de diferentes autores y normas:

- Según Akhavan-Zanjani, el asiento admisible para tanques de gran tamaño es de D/145.

- Según la Norma DIN 4119, todos los tanques presentan un asiento admisible hasta D/50,

independientemente de tu tamaño.

- Según Japanese Fire Defense Agency, el asiento admisible es de hasta D/100.

Teniendo en cuenta las dimensiones de los tanques, los cuales presentan un diámetro de 24m y una altura de

20m, se obtienen los siguientes asientos límites diferenciales en función de cada uno de los autores o normas

considerados en el estudio.

Asientos diferenciales considerados en el dimensionamiento y

diseño de los tanques de almacenamiento (m)

Akhavan-Zanjani 0.166

Norma DIN 4119 0.480

Japanese Fire Defense Agency 0.24

Asiento mínimo 0.166

Tabla 28. Asientos límites diferenciales establecidos por los diferentes autores.

Conocido el asiento diferencial admisible en cada uno de los autores o normas, se toma como asiento límite el

mínimo de los asientos obtenidos, de forma que se toma un valor conservador en el estado límite de asientos,

presentando éste un valor de 0.166m.

Este asiento representa el valor máximo de la diferencia entre el asiento producido en el centro y borde del

tanque, ya que como antes se ha comentado lo más peligroso para un tanque es que en éste se produzca un

asiento diferencial alto, es decir, que la diferencia de asientos entres dos puntos sea demasiado grande, lo cual

puede provocar el fallo por vuelco del tanque.

Por otro lado, también es necesario establecer un asiento total límite que, como una buena práctica constructiva

puede presentar un valor de D/100, por tanto, en el caso de un tanque de 24m de diámetro, el asiento total límite

tendrá un valor de 0.24m.

4.4 Cálculo del asiento producido por los tanques de cimentación

Por otro lado, se ha obtenido el asiento producido por cada tanque con el objetivo de verificar si la deformación

del tanque es excesiva con respecto el asiento límite y en el caso de que lo supere realizar las mejoras de terreno

necesarias para que se verifique el estado de asiento límite.

Para el cálculo del asiento producido por una carga circular bajo el centro del tanque a cualquier cota se ha

utilizado el método elástico basado en el semiespacio de Boussinesq, el cual se caracteriza por:

77

- Estar limitado por un único plano horinzontal superior.

- Indefinido en profundidad.

- Isótropo.

- Homogéneo.

- La tensiones y deformaciones proporcionales a las fuerzas aplicadas.

- El módulo de elasticidad es idéntico a tracción y compresión.

- Para el cálculo de tensiones y asientos solo se requiere el módulo de elasticidad y el coeficiente de

poisson.

Figura 50. Diferentes teorías elásticas en función de las características del medio.

Así, para el caso del asiento producido por una carga circular, la expresión es la siguiente:

𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 =2∗𝑎∗𝑞∗(1−𝜈2)

𝐸 *(√(1 + 𝑛2 )*⌊1 +

𝑛

2∗(1−𝜈)∗√1+𝑛2⌋

𝑠𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 =2

𝜋* 𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜

Dónde:

- a: radio del tanque (m).

- q: Carga circular (kN/m2).

- ν: coeficiente de poisson.

78

- E: módulo de elasticidad del estrato.

- n: z/a.

- z: profundidad en la que se quiere calcular el asiento (m).

Figura 51. Esquema de parámetros característicos para el cálculo del asiento bajo carga circular.

Como puede verse en la expresión anterior, el asiento de una carga circular depende de la geometría del tanque,

de la carga a la que éste está sometido y de los parámetros elásticos que caracterizan al terreno. Las presiones

que produce el tanque sobre el terreno llegan hasta una profundidad aproximada de 1.5 veces el diámetro del

tanque. A toda esta profundidad se le conoce como bulbo de presiones. En el caso del terreno estudiado el bulbo

de presiones es mayor a la profundidad del primer estrato correspondiente a las cenizas, por lo que el cálculo de

asientos deberá realizarse teniendo en cuenta la heterogeneidad del terreno. Para ello, se ha utilizado el método

aproximado de Steinbrenner, el cual se basa en las siguientes hipótesis:

1. Se supone que la distinta rigidez de las capas no altera la distribución de tensiones.

2. El asiento total es calculado como la suma de los asientos en cada uno de los estratos.

3. En cada uno de los estratos en los que se divide el terreno, el acortamiento o alargamiento que

sufren cada uno de los estratos es calculado mediante la diferencia de asientos entre el techo y la

base de éste.

ΔS = 𝑆𝑂-𝑆𝑍

79

Figura 52. Cálculo del alargamiento o acortamiento de un estrato.

Figura 53. Método aproximado de Steinbrenner para el cálculo de asientos en el estrato 2.

SC – SA = (SA2 – SC

2)– (SA2 – SB

2) + (SA1 – SB

1) = – SC2 + SB

2 + SA1 – SB

1 = ΔS1 + ΔS2

Figura 54. Método aproximado de Steinbrenner para el cálculo de asientos en el estrato 3.

SD – SA = (SA3 – SD

3) – (SA3 – SC

3) `+ (SA2 – SB

2) + (SA1 – SB

1) = SC3 – SD

3 + SB2 - SC

2 + SA1 – SB

1 = ΔS1 + ΔS2 +

ΔS3

80

Desarrollando la expresión del cálculo de incremento de asientos, queda demostrado que el incremento de

asiento producido a una cierta profundidad es igual a la suma de los incrementos de asientos en cada uno de

los estratos que forman al terreno hasta dicha profundidad.

El cálculo del asiento depende de los parámetros elásticos y el valor de la carga apliacada. En las siguientes

tablas pueden verse los datos necesarios para el cálculo de este asiento.

Dimensiones del tanque

Diámetro D (m) 24

Radio a(m) 12

Altura H(m) 20

Cargas del tanque

densidad del agua q (Kn/m^3) 10

Carga por m^2 q (Kn/m^2) 200

Bulbo de presiones profundidad (m) 36

Tabla 29. Características geométricas del tanque y carga aplicada.

Aunque en su vida útil el tanque se utilice para almacenar aceite, en todos los tanques es necesario realizar una

prueba hidraúlica, por este motivo, se tiene en cuenta la carga que produce el agua y no el aceite, puesto que la

densidad del agua es mayor a la del aceite.

En el terreno en el que se van a implantar los tanques de cimentación se han establecido tres estratos, los cuales

presentan los siguientes parámetros elásticos:

Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3

Modulo de elasticidad E (Mpa) 4 10 20

Coeficiente de poisson v 0.3 0.3 0.3

Espesor (m) 8 9 17

Tabla 30. Propiedades elásticas de los estratos que constituyen el terreno.

El cálculo del módulo elástico en cada uno de los estratos definidos se ha realizado mediante un análisis

estadístico explicado en el capítulo anterior, en la que una vez que se han eliminado aquellos datos que podrían

dispersar la muestra, se ha calculado valores más y menos conservadores y al final del análisis se ha establecido

un criterio.

Una vez establecido los estratos y conocidos los parámetros elásticos que caracterizan a cada uno de ellos, se

ha calculado el asiento desde la superficie hasta la profundidad del bulbo de presiones, correspondiente a unos

36m de profundidad.

Para el cálculo del asiento máximo diferencial y total que se produce en el terreno debido a la carga

transmitida por el tanque se han seguido los siguientes pasos:

- En primer lugar, se calcula el asiento total que se produce en el centro del tanque en el techo y la base

de cada uno de los estratos en función de los parámetros elásticos que lo caracterizan a través de la

expresión del asiento producido por una carga circular y utilizando la expresión del método

aproximado de Steinbrenner para el caso de terreno multiestratos

o En el caso del estrato 1, el cálculo del asiento absoluto consiste directamente en aplicar la

fórmula del asiento producido por una carga circular.

81

o En el caso del estrato 2 y 3, para el cálculo del asiento en cualquier punto se debe utilizar el

método aproximado de Steinbrenner, de forma que para el calculo del asiento en la base del

estrato 2 y 3 se deben utilizar las siguientes expresiones:

SC = SC2– SB

2 +SB1

SD = SD3 – SC

3 + Sc2 + SB

2

Estrato Profundidad (m) E asignado (Mpa) Scentro (m)

1 0 4 1.092

8 4 0.816

2 8 10 0.326

15 10 0.728

3 15 20 0.119

30 20 1.16

Tabla 31. Cálculo del asiento absoluto en el centro del tanque en cada uno de los estratos.

- Una vez conocidos los asientos en la base y techo de cada estrato, se calcula el incremento de asiento

para cada estrato, siendo éste el resultado de restar el asiento de la base al asiento del techo.

- El asiento máximo total en el centro del tanque se cálcula como la suma de los incrementos

producidos en cada uno de los estratos.

Scentro (m) Incremento Scentro (m) total incremento centro (m)

1.092 0.276

0.424

0.816

0.326 0.088

0.728

0.119 0.060

1.16

Tabla 32. Cálculo del incremento de asiento total en el centro del tanque.

- A continuación, se cálcula el asiento producido en el borde del tanque, en función del asiento en el

centro del tanque, siguiento la siguiente expresión:

𝑠𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 =2

𝜋* 𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜

82

Incremento Scentro (m)

total incremento centro (m)

Incremento Sborde (m)

total incremento borde (m)

Asiento diferencial

0.276

0.424

0.176

0.270 0.154

0.088 0.056

0.060 0.038

Tabla 33. Cálculo del asiento diferencial entre el centro y borde del tanque.

- Por ultimo, el asiento diferencial se cálcula como la diferencia etre el asiento del centro y el asiento

del borde del tanque.

Asiento diferencial = Scentro – Sborde = 0.424m – 0.270m = 0.154m

Tal y como puede verse en la figura anterior, el estrato que presenta un valor mayo del incremento de asiento es

el primer estrato. Esto se debe al valor tan pequeño que presenta del módulo de deformación, el cual va

aumentando con la profundidad. En el caso de los estratos 2 y 3, el módulo de elasticidad es lo suficientemente

grande como para que el incremento no supere el asiento limite. El asiento diferencial final presenta un valor de

0,154m, menor al asiento diferencial admisible, por tanto, esto significa que se cumple el estado límite de

deformaciones. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que el cálculo realizado ha sido analítico y

simplificado, por tanto, puede ocurrir que en la realidad el asiento diferencial sea mayor y no se cumple con el

estado límite.

Por lo que respecta al asiento total del terreno este presenta un valor de 0.424m, correspondiente a la suma de

los incrementos de asiento en cada uno de los estratos. Si se compara con el asiento límite total, cuyo valor se

ha establecido en 0.240m, se puede observar que no se cumple el estado límite de asiento total y, por

consiguiente, es necesario realizar alguna mejora del terreno para aumentar el módulo de elasticidad y, por

consiguiente, reducir el asiento hasta que se cumpla el estado límite.

83

5 TÉCNICAS DE MEJORA DEL TERRENO

5.1 Elección de la técnica de mejora del terreno más adecuada

En las condiciones en las que se encuentra el terreno y una vez conocidas las propiedades geotécnicas y elásticas

a través del estudio geotécnico es necesario realizar en éste técnicas de mejora del terreno. Uno de los problemas

que presenta el terreno estudiado es la existencia de un nivel freático variable y a una cota cercana de la

superficie, debido a que se encuentra en las proximidades de la costa. Además, el terreno está constituido por

rellenos hidraúlicos que no presentan una buena resistencia, lo cual hace necesaria una mejora del terreno para

aumentar el módulo de elasticidad con el objetivo de que el terreno sea capaz de soportar las cargas producidas

por las infraestructuras implantadas.

Las técnicas de mejora del terreno tienen el objetivo de aumentar la resistencia, disminuir la deformabilidad y

aumentar la permeabilidad del suelo que, por sí solo, no es capaz de soportar las tensiones producidas por las

cargas de la infraestructura implantada. Las técnicas de mejora del terreno pueden ser de diferente tipo, desde

temporales hasta permanentes, éstas últimas con o sin adición. Existen numerosas técnicas de mejora del terreno,

en las que cada una de ellas se obtienen diferentes objetivos.

Una vez estudiado el terreno y comprobada la necesidad de realizar una mejora del terreno se debe elegir el tipo

de mejora en función de unos condicionantes, estos son:

- El tipo de problema que se quiere resolver, en este caso, es el estado límite de servicio de asientos.

- Tipo de terreno, en este caso, suelos cohesivos.

- Condicionantes de la obra (plazo y precio), ya que la obra deberá ser económicamente factible y

realizarse en un plazo adecuado de tiempo.

- Equipos y materiales disponibles. No se tendrá limitación en la elección de la técnica de mejora del

terreno por tratarse de un proyecto teórico.

Uno de los factores más importantes es la clase de terreno. En función del tamaño de las partículas será más o

menos adecuado realizar un tipo u otro de mejora del terreno. En la siguiente figura se puede observar el tipo de

mejora de terreno más adecuada en función del tamaño de las partículas que forma que el terreno de estudio.

84

Figura 55. Rango de aplicación de las distintas técnicas en función de la graulometría del terreno

(Mitchell,1981).

Con este esquema, se puede deducir que, al tratarse el terreno de estudio de un suelo cohesivo, formado por

limos y arcillas, no es adecuado realizar las siguientes mejoras de terreno, por encontrarse en el campo de las

arenas (suelo granular):

- Vibrocompactación.

- Explosivos.

- Inyecciones de cemento.

- Inyecciones químicas.

Por otro lado, de las posibles soluciones que pueden plantearse para la mejora del terreno cohesivo se descartan

algunas de ellas por estar más orientadas a obras menos masivas, es decir, en aquellas en las que la superficie es

pequeña, ya que, económicamente resultan inviables para la superficie a tratar. Estas son:

- Inyecciones por desplazamiento.

- Electro-osmosis.

- Tratamientos térmicos

- Estabilizaciones.

Por último, también se decarta la solución de mechas drenantes, puesto que no beneficia en el objetivo de la

mejora, que en este caso es un problema de asiento, sino que mejora el tiempo de consolidación de la obra, que

en este caso no es un factor que condicione el proyecto.

Así, dependiendo del objetivo de la técnica de mejora del terreno y el tipo de suelo que forma la zona de estudio

se puede tener una idea de cual sería la mejora más adecuada. El objetivo del trabajo es estudiar aquella mejora

del terreno que aumente la resistencia del suelo, con el objetivo de que éste sea capaz de soportar las cargas de

la estructura sin que se produzca un asiento excesivo, cumpliendo así el estado límite de servicio.

Siempre es necesario tener en cuenta que una mejora del terreno que tenga una calidad pésima puede llevar

asociado un coste total del proyecto mayor que si se realiza una sustitución del mismo. Sin embargo, en este

trabajo no se va a tener en cuenta la posible sustitución del terreno.

85

A continuación, se presenta una tabla con las diferentes mejoras de terreno de posible aplicación en función del

tipo de terreno (granular o cohesivo), profundidad eficaz del tratamiento y propiedad a mejorar (resistencia,

permeabilidad y deformabilidad).

Figura 56. Campo de aplicación de las principales técnicas de mejora del terreno. Guía de Cimentaciones de

obras de carretera.

86

Figura 57. Parámetros para fijar los objetivos de tratamientos de mejora del terreno.

Una vez decartadas aquellas mejoras del terreno que no pueden plantearse debido a la granulometría del terreno

y otras al impacto económico, se pasa a explicar las tres mejoras de terreno que podrían ser las más adecuada

para el problema estudiado, estas son: precarga, compactación dinámica y columnas de grava. Una vez

estudiadas cada una de estas técnicas se deberá elegir la más adecuada desde el punto de vista técnico y

económico.

5.1.1 Precarga

El objetivo de esta técnica de mejora es aumentar la resistencia y reducir los asientos mediante la

compresión del terreno al aplicarle una presión antes de colocar la carga definitiva, puesto que la primera

vez que un suelo blando es sometido a una carga experimenta deformaciones muchos mayores que

cuando se recarga una vez que ha sido cargado y descargado, de esta forma, la primera carga deja al

suelo con una mayor resistencia y menor deformabilidad.

El proceso de precarga puede realizarse de diferentes formas, estas son:

o Rellenos de tierra.

o Anclajes.

o Rebajando el nivel freático.

o Provocando un vacío. ´

En el caso de suelos blandos saturados, el proceso de precarga es necesario aplicarlo un tiempo preciso

para que la compresión sea la deseada. El tiempo será mayor cuanto mayor es el espesor del suelo

blando, mayor compresibilidad y menor permeabilidad.

87

Figura 58. Proceso de precarga

Figura 59. Efecto de la precarga en la ordenación de las partículas.

Figura 60. Reducción del asiento debido al proceso de precarga.

El diseño de la técnica de precarga depende de:

o Coeficientes de compresibilidad y consolidación del terreno.

o Resistencia al corte sin drenaje.

88

Al aplicar la carga sobre un suelo saturado se produce una serie de procesos, estos son:

o En primer lugar, se produce un incremento de las presiones totales sobre el terreno que deben

repartirse entre el suelo y agua.

o Si el suelo está confinado, el agua es incompresible y, por tanto, absorberá todo el incremento.

o El agua traspasa progresivamente el incremento de presiones al suelo.

o El agua vuelve a su equilibrio y toda la carga es recibida por el suelo.

Figura 61. Proceso de consolidación en la precarga.

El objetivo del diseño de la precarga es conocer la carga Δσ que es necesario introducir para que se

produzca el asiento en el tiempo de plazo requerido. Para ello, se cálcula el asiento producido por la

carga en función de si se trata de un suelo normal, ligera y fuertemente consolidado.

o Suelo normalmente consolidado (𝜎′0 𝜎′𝑝 )

s= 𝐻0

1+𝑒0 *𝑐𝑐 ∗ log (

𝜎′𝑓

𝜎′0 )

o Suelo fuermente consolidado (𝜎′0 , 𝜎′𝑝˂ 𝜎′𝑓 )

𝐻0

1+𝑒0 *𝑐𝑠 ∗ log (

𝜎′𝑓

𝜎′0 )

o Suelo ligeramente consolidado (𝜎′0 ˂ 𝜎′𝑝˂ 𝜎′𝑓 )

89

𝐻0

1+𝑒0 *[𝑐𝑠 ∗ log (

𝜎′𝑝

𝜎′0

) + 𝑐𝑐 ∗ log (𝜎′

𝑓

𝜎′𝑝

)]

Dónde:

o Ho: espesor del estrato.

o eo: Índice de poros.

o Cs: Íncide de hinchamiento.

o Cc: índice de compresión.

o 𝜎′0 : tensión inicial.

o 𝜎′𝑝 : presión de consolidación.

o 𝜎′𝑓: tensión producida por la precarga.

Por otro lado, se cálcula el factor tiempo (Tv) en función de la sendra de drenaje (H), tiempo (t) y

coeficiente de consolidación (cv). A partir del valor de Tv se calcula el grado de consolidación.

Tv = 𝑐𝑣∗𝑡

𝐻2

Donde:

o t: tiempo

o H: sendra de drenaje, es decir, el recorrido que hace el agua.

o Cv: Coeficiente de consolidación vertical.

Figura 62. Expresión del grado de consolidación en función del valor de Tv.

Conocido el grado de consolidación y el asiento en el tiempo t, e cálcula el asiento infinito.

U(%) = 𝑈𝑡

𝑈𝑖𝑛𝑓 *100

90

Por último, con este asiento, se calcula el incremento de carga que debe aportarse el terreno con las

fórmulas de cálculo de asiento mencionadas al principio del cálculo.

Esta mejora presenta dos inconvenientes:

o Desde el punto de vista técnico al tratarse de un proceso de carga y descarga y utilizar el modelo

de Mohr-Coulomb como modelo de comportamiento de los materiales no va a producir ningún

aumento de la resistencia puesto que este modelo de comportamiento es elástico hasta la rotura.

o Desde el punto de vista económico, la carga aplicada a los tanques presenta un valor de

200KPa, lo cual significa que el terraplén necesario para producir esta carga puede llegar a los

12m, lo que supondría una gran cantidad de material a transportar lo que puede suponer un

aumento del coste total de la obra.

5.1.2 Compactación dinámica

El objetivo de esta técnica de mejora del terreno consiste en mejorar la capacidad portante del terreno

mediante esfueros dinámicos intensos al dejar caer un peso desde una cierta altura. Este tipo de mejora

se puede realizar de forma local para mejorar la zona de apoyo de las cimentaciones.

La caída del peso a una gran altura produce la densificación del terreno en una cierta profundidad, lo

que permite la implatación de grandes infraestructuras sin sufrir un asiento excesivo. Este proceso debe

de realizarse varias veces para que se consiga la densificación deseada.

Figura 63. Proceso de compactación dinámica del terreno.

.

En el proceso de compactación del terreno se pueden diferenciar dos tipos de efectos:

o Un efecto instantáneo debido a la reducción inmediata del índice de poros como consecuencia

de la densificación del terreno por la caída del peso sobre el terreno.

o Un efecto diferido producido por el incremento de la presión intersticial, que puede provocar

incluso licuefacción. Con el paso del tiempo se produce la disipación del exceso de presiones

91

intersticiales.

El número de golpes se debe aplicar en diferentes fases y en puntos de caída dispuestos en planta según

una malla rectangular o triangular. En cada fase se golpea el terreno en un mismo punto varias veces y

al cambiar de fase se cambia el punto de aplicación de forma que al final se consiga una superficie

uniforme.

Al terminar el proceso de compactación, la superficie del terreno queda irregular, de forma que es

precisa la regularización y compactación posterior.

Figura 64. Proceso de compactación dinámica.

Esta técnica presenta la ventaja de ser útil tanto en suelos granulares como en suelos cohesivos. Sin

embargo, en estos últimos los resultados pueden ser más inciertos. En función del tipo de terreno el

proceso se desarrolla de diferente manera, existiendo así tres tipos de zonas como puede verse en la

siguiente figura.

Figura 65. Categorías de suelo para la aplicación de la compactación dinámica (Lukas, 1986).

92

o Zona 1: suelo favorable, lo forma aquellos terrenos formados por suelo granular, caracterizados

por alta permeabilidad y fácil drenaje.

o Zona 2: suelo intermedio, aquellos suelos cohesivos de permeabilidad baja que pueden tardar

cierto tiempo en disiparse las presiones intersticiales.

o Zona 3: suelo desfavorable, aquellos constituidos por suelos finos saturados de baja

permeabilidad. En este caso, no es posible utilizar el proceso de compactación dinámica como

técnica de mejora del terreno.

Tabla 34. Idoneidad de los distintos suelos en la aplicación de la compactación dinámica (Lukas, 1986).

La desventaja de este tipo de técnica reside en la influencia del nivel freático, ya que al producirse el

golpe del peso sobre el terreno puede causar el afloramiento del nivel freático, lo que puede originar la

mezcla del suelo y agua en las siguientes pasadas sin producirse la compactación.

93

5.1.3 Columnas de grava

Esta técnica es un tipo de inclusión rígida, la cual consiste en introducir en el terreno materiales con el

objetivo de conseguir una densificación del suelo por desplazamiento y refuerzo del conjunto debido a

la mayor resistencia de los elementos introducidos. Pueden utilizarse diferentes materiales tales como

grava, suelo-cemento, barras de acero o incluso pilotes de madera. Con la aplicación de esta técnica se

consigue un triple efecto: aumentar la resistencia del terreno, disipación de presiones intersticiales y

reducción de la deformidad. Se aplica a arcillas blandas y limos, por tanto, resulta la técnica más

adecuada para el tipo de suelo estudiado.

Figura 66. Implantación de las columas de grava sobre un terreno.

Las columnas de grava consisten en un tipo de técnica de mejora del terreno que se caracteriza por:

- La mejora del terreno se lleva a cabo mediante la rigidización al introducir las columnas en el

terreno.

- Se produce una sustituación del suelo entre el 15 y 35%.

- Se aplica para suelos blandos en los que la resistencia de corte sin drenaje es menor a 100KPa. En

caso contrario, el vibrador no es capaz de penetrar en el suelo y, por tanto, debe realizarse una

perforación anterior.

- Al tratamiento de las columnas se puede añadir una capa superficial drenante de grava con el

objetivo de unir las cabezas y actuar como encepado.

Las columnas de grava producen una redistribución de tensiones de forma que la tensión que soporta

la columna (σc) es mucho mayor que la tensión que soporta el suelo (σ), debido a la diferencia de

rigidez entre estos dos materiales.

94

Figura 67. Redistribución de tensiones entre el terreno y las columnas de grava.

.

Las columnas de grava pueden ejecutarse con diferentes técnicas dependiendo del tipo de vibrador

puede ser mediante vía seca o vía húmeda y según los equipos de pilotaje, puede ser por sustitución o

desplazamiento.

o Vibrodesplazamiento por vía seca: En este tipo de técnica, el vibrador desplaza el material

mediante una lanza de aire comprimido, compactando el terreno. Este tipo de ejecución se

lleva a cabo en aquellos suelos que presentan una Resistencia al corte sin drenaje de al

menos 40KPa.

o Vibrosustitución por vía húmedad: Este en este caso el vibrador lanza agua desde la punta

provocando la sustitución del terreno. El consumo de agua es aproximadamente entre 11 y

15 m3/h. Este tipo de ejecución se realiza en aquellos suelos cohesivos blandos cuya

resistencia al corte sin drenaje se encuentra entre 20 y 40 KPa.

Figura 68. Proceso de colocación de columnas de grava en terreno.

Es importante destacar la importancia de incorporar una capa de reparto o también llamado encepado

constitudo por materiales granulares al igual que las columas de grava con un espesor de en torno a 2m

con el objetivo de repatir las elevadas cargas que transmiten los tanques al terreno.

95

5.1.4 Conclusión de la elección de las técnicas de mejora del terreno

Una vez estudiadas las diferentes técnicas de mejora posibles se ha llegado a la conclusión de que la

más adecuada son las columnas de grava, tanto técnica como economicamente debido a que no

presentan problemas con el nivel freático, al contrario que la compactación dinámica en la que se puede

llegar a producir la licuefacción del terreno, motivo por el cual se ha descartado esta última técnica. Por

otro lado, desde el punto de vista económico no resulta rentable realizar el proceso de precarga, ya que

debido a la carga transmitida por los tamques (200KPa) se necesitaria un terraplén de una altura

aproximada de 12m (aunque esto ultimo depende del peso específico del terreno que constituya el

terraplén). Además, debido al modelo elegido para el estudio de las tensiones y asientos no sería

adecuado realizar una precarga puesto que el modelo Mohr-Coulomb es un modelo elástico que no tiene

en cuenta la carga y descarga.

Seguidamente de elegir como técnica de mejora de terreno las columnas de grava, se pasa al

dimensionamiento de las mismas y al cálculo de diferentes parámetros que serán necesarios en su

diseño.

5.2 Método simplificado de la Guía de Obras de Cimentaciones de Carretera

En primer lugar, las columna de grava reducen los asientos a largo plazo que se producen en el suelo

blando, de forma que utilizando la columnas de grava los asientos se disminuyen un valor que depende

de la relación del área de la columna Ac y el área de terreno asignada a cada una de ellas A.

𝑆𝑐 = * 𝑆0

Dónde:

o Sc: asiento producido con columnas de grava.

o S0: asiento producido sin tratamiento.

El parámetro se denomina factor de reducción del asiento y depende del parámetro ρ (factor de

sustitución) que se obtiene de la relación entre el área de cada columna y el área total de terreno

asignado a cada columna (AC/A). La relación entre , ρ y puede obtenerse a partir de la tabla 7.4 de

la GCOC.

96

Tabla 35. GCOC. Relación aproximada (, , ρ), para columnas de grava.

Por otro lado, la implantaciñon de columnas de grava producen una mejora de la resistencia del terreno tanto a

corto como a largo plazo.

Figura 69. Parámetros resistentes a corto plazo.

Figura 70. Parámetros resistentes a largo plazo.

Dónde los subíndices c corresponden a la columna de grava y los subíndices s corresponde al terreno natural. A

continuación, se muestra una tabla en la que se ha calculado los parámetros a corto y largo plazo según se ha

explicado con anterioridad, siguiendo las directrices de la Guía de Obras de Carreteras.

97

Parámetros a corto y largo plazo


ρ coeficiente 0.143

coeficiente 0.736

g (kn/m^3) peso especifico grava 18

s (kn/m^3) peso específico suelo 13.67

Φg (º) ángulo de rozamiento grava 45

Φs (º) ángulo de rozamieto suelo 31.68

cu (kpa) resistencia al corte sin drenaje 8

c' (kpa) cohesión efectiva 4.51

Corto plazo

x coeficiente 0.369

cp (KN/m^3) peso específico CP 15.270

Φcp (º) ángulo de rozamiento CP 0.369

Ccp resistencia al corte sin drenaje 5.045

Largo plazo

x coeficiente 0.369

y coeficiente 0.631

Lp (KN/m^3) peso específico LP 15.270

ΦLp (º) ángulo de rozamiento LP 0.759

CLp cohesión efectiva 3.866

Tabla 36. Cálculo de los parámetros a corto y largo plazo según GCOC.

5.3 Predimensionamiento de las columnas de grava

En primer lugar, antes de introducir las columnas de grava en el modelo, se ha realizado el predimensionamiento

de forma analítica con el objetivo de reducir el tiempo de cálculo en el programa, de forma que no se realice por

prueba y error, sino que se tenga una idea a priori de las dimensiones de estas columnas.

Para el cálculo de las columnas de grava se ha partido del desplazamiento máximo que se produce debido a la

carga del tanque y que está calculado en el anexo nº 3, teniendo éste unos valores de 0.424 y 0.154 para el asiento

límite total y diferencial respectivamente y un valor límite de 0.24m para el caso del asiento total y 0.166m para

el asiento diferencial.

Con estos asientos se obtiene el factor de mejora n que relaciona los asientos sin y con columna. A partir del

factor de mejora y el ángulo de resistencia interna de la columna se obtiene la relación entre el área total y el

área de la columna (A/Ac) mediante el siguiente ábaco.

98

Figura 71. Obtención de la relación A/AC en función de un ábaco de diseño.

A continuación, conocido el tamaño máximo de la grava (dmax) y el valor de la resistencia al corte sin drenaje

se puede conocer el diámetro de la columna de grava (Dc). Para ello, se ha utilizado la siguiente correlación

Figura 72. Correlación de Besanyon.

Los ensayos realizados en el terreno no proporcionan de manera directa el valor de la resistencia al corte sin

drenaje (Cu), por este motivo se utiliza el valor obtenido en el capítulo 3, el cual es de 8KPa.

De esta forma, se obtiene un diámetro de columna de grava de 1,25m aproximadamente. Por último, conocido

Dc y la relación entre Ac y A se obtiene A, De y S.

99

DIMENSIONAMIENTO COLUMNAS DE GRAVA


S(m) Asientos sin columnas de grava 0.424

Slim (m) Asiento límite 0.24

Dc (m) Diámetro de la columna de grava 1.25

Φ(º) Ángulo interno de la grava 45

n factor de mejora del terreno 1.77

A/Ac Área total/Área de la columna 7

Ac (m^2) Área de la columna de grava 1.227

A(m^2) Área total 8.590

De (m) diámetro 3.307

s (m) separación 3.150

Tabla 37. Cálculo del diámetro y separación de las columnas de grava.

Por tanto, para el dimensionamiento, se obtiene unas columnas de grava dispuestas en forma de triángulo, con

un diámetro de 1.5m y una separación de 3m entre los ejes de las columnas.

Figura 73. Distribución según malla de triángulos equiláteros

100

5.4 Cálculo del factor de seguridad de las columnas de grava

Para el cálculo del factor de seguridad de las columnas de grava se deben seguir los siguientes pasos:

1. Cálculo de la tensión en el terreno σs

𝜎

𝜎𝑠 = n

Dónde:

- σ: tensión en el terreno a una cierta profundidad.

- n: factor de mejora del terreno.

2. Cálculo de la tensión en la columna σc

𝜎𝑐

𝜎𝑠 =

0.5+𝑓

𝑘𝑎𝑐∗𝑓

𝑘𝑎𝑐 = 𝑡𝑔2(45 − 𝛷2⁄ )

f=1−𝜈2

1− 𝜈−2𝜈2 * (1−2𝜈)∗(1−

𝐴𝐶𝐴⁄ )

1−2𝜈+𝐴𝐶

𝐴⁄

Dónde:

- ν: coeficiente de poisson.

- Ac/A: relación entre el área de la columna y el área total.

- Φ: ángulo de resistencia interno de la grava.

3. Cálculo de la tensión de rotura de las columnas de grava σc max.

σ𝑐𝑚𝑎𝑥

𝑐𝑢= (

𝑞

𝑐𝑢+

2

𝑠𝑒𝑛 (2𝛿))*(1 +

𝑡𝑔(𝛿𝑐)

𝑡𝑔(𝛿))*𝑡𝑔2(𝛿 𝑐)

Dónde:

- q: carga aplicada (KPa)

101

- cu: resistencia al corte sin drenaje (KPa)

- δ: ángulo activo de Rankine (º)

- δc: 45 + 𝛷2⁄ (º)

4. Cálculo del coeficiente de seguridad F

F = 𝜎𝐶𝑚𝑎𝑥

𝜎𝐶

A continuación, se calcula mediante una tabla Excel el coeficiente de seguridad de las columnas obteniéndose

un valor de 3.5.

Coeficiente de seguridad a rotura de las columnas


h (m) profundidad 6

ϒ(kn/m3) peso específico 13.67

σ (kPa) tensión 82.03


σs(kPa) tensión en el suelo 40.21

f 1.50

kac 0.17

σc(kPa) tensión en la columna 312.47

q carga aplicada 82.03

cu resistencia al corte sin drenaje 8.00

ԃ ángulo activo de rankine 75.00

σc máx(kPa) tensión máxima en la columna 1094.50

F Coeficiente de seguridad 3.50

Tabla 38. Cálculo del coeficiente de seguridad de las columnas de grava.

Por tanto, se cumple el estado límite de fallo por hundimiento puesto que el valor del coeficiente de seguridad

es de 3.5, siendo mayor al establecido por la norma API en condiciones hidrostáticas, el cual se encontraba en

un rango entre 1.5 y 2.25.

Es necesario considerar que la carga que se ha establecido para el cálculo es la provocada por el agua, debido a

la prueba hidraúlica a la que están sometidos los tanques. Sin embargo, en su vida útil, el tanque estará sometido

a cargas provocadas por el peso de algún tipo de aceite, los cuales presentan una densidad menor a la del agua,

por lo que la mayor carga a la que estará sometido el tanque será en la fase de prueba hidraúlica y, por

consiguiente, el coeficiente de seguridad en condiciones normales será mayor al calculado.

102

5.5 Cálculo del asiento corregido mediante Priebe

La ecuación que proporciona el factor de mejora del suelo es establecida cosiderando que la columna se apoya

en un estrato resistente. Teniendo en cuenta este cálculo conservador, Priebe realizó ensayos experimentales de

forma que estableció un coeficiente corrector. Este coeficiente (1/ft) se denomina coeficiente de profundidad y

se obtiene a partir de un gráfico.

Figura 74. Gráfica para la obtención del coeficiente de profundidad (1/ft).

Así, para el cálculo del asiento corregido por Priebe se deben seguir los siguientes pasos:

1. Cálculo de la siguiente expresión.

𝛾𝑡

𝜎𝑐

Dónde:

- γ t: peso del terreno sobre el punto medio de la columna.

o γ: peso específico del suelo.

o t: profundidad.

- σc: tension de comparación (σ*A/Ac).

2. Cáculo del coeficiente de profundidad (1/ft).

103

Para ellos se entra en el gráfico con el valor de la expresión anterior hasta que la línea horizontal se corte con el

valor del ángulo de rozamiento interno de la grava (c). Una vez hallado el punto de corte se traza una linea

vertical para conocer el valor del coeficiente corrector.

Figura 75. Obtención del factor corrector (1/ft).

1. Cálculo del asiento con la corrección de Priebe.

Para el cálculo del asiento corregido se debe utilizar la siguiente expresión:

𝑠𝑐 = 𝑠

𝑛 *

1

𝑓𝑡

De esta forma, realizando los pasos que se han explicado, se cálcula el asiento corregido, teniendo éste un valor

de 0.319m.

Asiento Priebe


Sinf(m) Asientos sin columnas de grava 0.580



sc (m) asiento sin corrección 0.58

ϒ(kn/m3) peso específico aparente 3.86

t (m) sendra de drenaje 3.00


(ϒ^t)/σc coeficiente 0.18


1/ft coeficiente obtenido de un ábaco 0.55

sc (m) asiento con corrección 0.319

Tabla 39. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe.

104

6 DISEÑO Y CÁLCULO DE CIMENTACIÓN

Conocida la problemática del terreno en el cual se quieren implantar una serie de tanques de cimentación, en

este capítulo se realiza el diseño y cálculo numérico mediante el software Plaxis de las columnas de grava

necesarias para que el asiento tanto total como diferencial producido por los tanques sea menor al asiento límite.

El software de cálculo utilizado en el trabajo se divide en tres subprogramas denominados input, cálculo y output.

En el primer subprograma se define la geometría, materiales, cargas, condiciones de contorno y mallado. En

segundo lugar, en la ventana de cálculo, se definen y cálculan cada una de las fases de proyecto. Por último, en

la ventana de output se muestras los resultados en forma de tablas o gráficas. Estos resultados pueden ser asientos

tensiones, coeficientes de seguridad, etc

INPUT•Geometría

•Materiales

•Cargas

•Condiciones de contorno

•Mlallado

Cálculo•Plástico

•Consolidación

•Estabilización

Output•Gráficas

•Tablas de resultados

•Coeficientes de seguridad

•Tiiempo de consolidacióm

105

6.1 Input

Se han realizado diferentes modelos hasta llegar al que cumple con el estado límite de asientos. En el anexo E

podemos encontrar los diferentes modelos realizados en el software, sin embargo, en este capítulo solo se

representa el modelo definitivo que corresponde con el modelo número 6 del anexo antes mencionado.

En primer lugar, se ha definido la geometría del modelo, teniendo en cuenta que se va a realizar un cálculo del

asiento aislado en cada tanque. Además el modelo es de tipo axisimétrico, por tanto solo se representa la mital

del tanque debido a la simetría que presenta. La geometría se ha introducido a través de los comandos líneas y

coordenadas con el objetivo de definir el terreno de estudio.

Figura 76. geometría del modelo.

A continuación, se definen cada uno de los materiales que constituyen la zona. Una vez que se han realizado

todos los ensayos necesarios para el conocimiento de las propiedades geotécnicas y elásticas que caracterizan al

terreno de estudio se ha llegado a la conclusión de que el modelo de comportamiento más adecuado para el

terreno es el modelo de Mohr-Coulomb. En este modelo de comportamiento se deben definir 5 parámetros.

Estos son:

- Cohesión.

- Ángulo de rozamiento efectivo.

- Dilatancia

- Módulo de Young

- Coeficiente de Poisson.

Este modelo de comportamiento presenta una serie de ventajas e inconvenientes:

- Ventajas:

o Modelo simple y claro.

o Tiene en cuenta la dilatancia.

106

o Adecuado para aplicaciones prácticas.

o Buena representación del modelo en rotura. ´

- Inconvenientes:

o Comportamiento isótropo y homogéneo.

o Modelo elástico hasta la rotura.

o La rigidez no depende de las tensiones.

o El comportamiento no drenado no siempre es realista.

Por otro lado, también es importante definir el tipo de comportamiento de los materiales, estos pueden ser:

- Drenado.

- No drenado.

- Poroso.

Al realizar una mejora por las columnas de grava es necesario introducir anteriormente un vibro con el objetivo

de realizar la perforación sin extraer material. Este proceso provoca una mejora por densificación alrededores

de las columnas de grava aumentando un 50% el valor del módulo de elasticidad entre las columnas (Oteo,

2016), por tanto, en el caso de la ceniza el valor del módulo entre las columnas pasa a tener un valor de 6MPa y

15MPa para el caso del estrato de arena arcillosa 1.

De esta manera, se han definido 6 tipos de materiales, tal y como puede verse en la siguiente figura.

Figura 77. Tipos de materiales elegidos en el modelo.

107

- Ceniza: correspondiente al estrato 1, el cual presenta un espesor medio de 8m, tipo drenado y presenta

las siguientes propiedades geotécnicas y elásticas según el modelo M-C.

Estrato 1 Cenizas

Símbolo Definición Valor

γ peso específico aparente (kN/m^3) 10

γsat peso específico saturado (kN/m^3) 15.8

c' cohesión efectiva (KPa) 11

Φ' ángulo de rozamiento efectivo (º) 28

ψ dilatancia (º) 0

E módulo de elasticidad (MPa) 4

ν Coeficiente de poisson 0.3

Tabla 40. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de cenizas.

- Arena arcillosa 1: corresponde a lo primeros 9 metros del segundo estrato, comportamiento tipo no

drenado y cuyas propiedades se representa en la siguiente tabla.

Estrato 2 Arena arcillosa 1


γ peso específico aparente (kN/m^3) 16.8


c' cohesión efectiva (KPa) 4.51

Φ' ángulo de rozamiento efectivo (º) 31.86

ψ dilatancia (º) 1.86



Tabla 41. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de arena arcillosa 1.

- Arena arcillosa 2: corresponde a terreno que se encuentra por debajo de los 15m de profundidad, el cual

presenta las mismas propiedades que el material definido anteriormente, con la diferencia de que el

módulo de elasticidad es mayor.

108

Estrato 2 Arena arcillosa 2


γ peso específico aparente (kN/m^3) 16.8


c' cohesión efectiva (KPa) 4.51

Φ' ángulo de rozamiento efectivo (º) 31.86

ψ dilatancia (º) 1.86



Tabla 42. Propiedades geotécicas y elásticas del estrato de arena arcillosa 2.

- Grava: corresponde al material utilizado para las columnas. Es de tipo drenado y presenta las siguientes

propiedades.

Grava


γ peso específico aparente (kN/m^3) 20

γsat peso específico saturado (kN/m^3) 21

c' cohesión efectiva (KPa) 0

Φ' ángulo de rozamiento efectivo (º) 45

ψ dilatancia (º) 15



k permeabilidad (m/día) 600

Tabla 43. Propiedades geotécicas y elásticas de las columnas de grava.

Una vez introducida la geometría y materiales, se asocia los materiales a la geometría, de forma que se

obtiene el siguiente modelo, como puede verse en la siguiente imagen.

109

Figura 78. Geometría del modelo del terreno realizado en plaxis.

Figura 79. Detalle de las columnas de grava y densificación del terreno.

A continuación, se define la carga correspondiente al depósito. Este depósitoestá destinado a almacenar

biodiesel, sin embargo, en la construcción de tanques siempre es necesario hacer una prueba hidraúlica, por

tanto, como el peso específico del agua es mayor al biodiosel el diseño se realizado con la carga del agua.

Teniendo en cuenta las dimensiones de cada tanque y el peso específico del agua, a cada tanque le

corresponde una carga de 200kN/m^3.

110

Tanque


D diámetro (m) 24

H altura (m) 20

q peso especifico agua (kN/m^3) 10

Q carga tanque (kN/m^2) 200

Tabla 44. Cálculo de la carga del tanque.

En el tanque no se ha considera ningún tipo de carga horizontal, por tanto, la resultante de cargas en el tanque

es vertical.

Figure 80. Representación de las cargas del tanque sobre el terreno.

Seguidamente de establecer las cargas, se defiene las condiciones de contorno mediante un comando llamado

“fijación estándar” el cual representa la limitación del modelo. El modelo presenta una profundidad de 50m,

aunque el bulbo de presiones solo llega a los 39. En el caso del eje x, tas el perímetro del tanque se han definido

38m, por tanto, presenta una limitación de 50m tanto en el eje x como en el eje y.

111

Figure 81. Representación de las condiciones de contorno del modelo.

Finalmente, se realiza el mallado del modelo. En este caso se ha elegido un refinamiento fino para todo el

modelo. El hecho de elegir un refinamiento más fino o grueso influye en el tiempo de ejecución de cálculo y en

la precisión de los resultados. A medida que el refinamiento es más fino, aumenta el tiempo de cálculo, pero los

resultados son más precisos que en un refinamiento más grueso en el que el tiempo de cálculo es menor.

Figure 82. Representación del mallado del modelo en plaxis.

112

6.2 Cálculo

Una vez definida la geometría, materiales cargas, condiciones de contorno y mallado en la ventana de imput, se

pasa a la ventana de cálculo con el objetivo de definer las fases y realizar el cálculo de las mismas.

Se han realizado dos cálculos, en el primero no se inclkuyen las columas de grava y en el segudo si se incluyen.

De esta forma se puede compatrar el asiento que sufre el terreno con y sin la mejora de terreno.

Modelo A: Terreno sin mejora de columnas de grava.

- Fase inicial: Solamente existe el terreno original, formado por las cenizas y las arenas limosas.

- Depósito: Se incluye la carga producida por el depósito.

Modelo B: Terreno mejorado con columnas de grava.

- Fase inicial: Solamente existe el terreno original, formado por las cenizas y las arenas limosas.

- Columnas de grava: En esta fases de incluyen las columnas de grava.

- Depósito: Por ultimo, se incluye la carga producida por el depósito.

Antes de definir las fases en cada modelo es necesario establecer el nivel freático, que según los ensayos,

presenta un valor de 3m en la situación más desfavorable.

Figura 83. Representación del nivel freático del modelo de plaxis.

Una vez definidas y calculadas las fases se definen una serie de puntos, que son aquellos en los que se obtendren

los valores de tensiones y asientos. Para conocer el asiento y distorsión del tanque, se han seleccionado tres

puentos, cuyas coordenadas son:

- A (0,0)

- B (12,0)

113

Figura 84. Representación de puntos para el cálculo de asiento.

6.3 Output

El cálculo de los asientos realizado en el capítulo 4 se trata de un cálculo analítico, en el cual se han tenido en

cuenta una serie de simplificaciones. Sin embargo, el cálculo realizado con plaxis es un cálculo número, por lo

que el valor de los asientos no coincidirán.

Por un lado, se ha realizado un modelo sin la técnica de mejora de terreno con el objetivo de conocer cual es el

asiento del terreno al aplicarle la carga del tanque. Con este modelo se han obtenido los siguientes resultados:

Figura 85. Deformación del terreno sin columnas de grava.

114

Figura 86. Desplazamientos sufridos por el terreno debido al tanque sin la mejora de terreno

Modelo sin mejora del terreno


Umax (m) Desplazamiento máximo -0,8759

Ua (m) Desplazamiento en el punto A -0,8759

Ub (m) Desplazamiento en el punto B -0,581

Ua (m) - Ub(m) Asiento diferencial -0,2949

Tabla 45. Valores de los asientos en el modelo sin mejora de terreno.

Como puede verse en la anterior tabla, sin mejora del terreno, como ya se sabía de antemano en el cálculo

analítico, no se cumple el estado límite de asientos.

Por otro lado, se han realizado numerosos modelos de las columnas de grava con diferentes diámetros,

separación entre columnas y profundidad. A continuación, se presenta una tabla en la que pueden verse los

valores de los asientos totales y diferenciales de cada uno de estos modelos. Cada uno de los modelos presenta

cambio en 5 parámetros, estos son:

- Diámetro de la columna.

- Separación entre los ejes de las columnas.

- Profundidad hasta la que llegan las columnas. En un principio se pensó apoyar las columnas en el ultimo

estrato, el cual presenta el valor mayor del modulo de deformación mayor que en los estratos anteriores.

- Profundidad del encepado: Cuanto mayor sea la profundidad major se producirá la transmission de las

tensiones producidas por la carga del tanque hacia el terreno.

- Consideración de la densificación del terreno.

-

115

Modelos con mejora de terreno mediante columnas de grava

Modelo 1

D (m) 1,5 Umax depósito(m) -0,2903

s (m) 3 Umax columnas (m) -0,001182

h (m) 15 Ua (m) -0,2903

E (Mpa) 60 Ub (m) -0,201

Encepado (m) 1 Asiento total (m) -0,2903

Densificación del terreno no Asiento diferencial (m) 0,0893

Modelo 2


s (m) 2,5 Umax columnas (m) -0,02727

h (m) 15 Ua (m) -0,254

E (Mpa) 60 Ub (m) -0,18


Densificación del terreno no Asiento diferencial (m) 0,074

Modelo 3


s (m) 3 Umax columnas (m) -0,0328

h (m) 15 Ua (m) -0,258

E (Mpa) 70 Ub (m) -0,185


Densificación del terreno si Asiento diferencial (m) 0,073

Modelo 4



h (m) 12 Ua (m) -0,2415

E (Mpa) 70 Ub (m) -0,189



Modelo 5



h (m) 12 Ua (m) -0,2403

E (Mpa) 70 Ub (m) -0,181



Modelo 6



h (m) 12,5 Ua (m) -0,2345

E (Mpa) 70 Ub (m) -0,177



Tabla 46. Características y resultados de los diferentes modelos con mejora de terreno.

Como puede verse, en todos los modelos se cumple el estado límite de asientos diferenciales, sin embargo el

asiento total solo se cumple en el modelo 6. Por tanto, esto significa que el terreno asiento uniformemente con

las columas de grava pero de manera excesiva.

116

Por tanto, el modelo número 6 es aquel modelo óptimo que cumple con los límites del asiento. En este modelo

las columnas de grava presentan un diámetro de 1,3m con una separación entre ejes de 1,7m y ancladas hasta

una profundidad de 12,5m.

Figura 87. Deformación del terreno con columnas de grava.

Figura 88. Desplazamientos sufridos por el terreno debido al tanque con la mejora de terreno.

117

7 CONCLUSIONES

En el siguiente capítulo se presentan las conclusiones y decisiones que se han ido tomando a lo largo del

trabajo desde el análisis del estudio geotécnico hasta el diseño y cálculo de la mejora de terreno más adecuada

para la zona de estudio.

Una vez analizado el estudio geotécnico más reciente de la zona de estudio se observa que el terreno presenta

problemas de asientos. Este problema de asientos es consecuencia de una baja capacidad portante (bajos

valores del Nspt) al tratarse de cenizas que han sido vertidas desde el inicio de la actividad de la Central

Térmica de los Barrios. Esta sustancia no ha sido compactada en ningún momento, por tanto, su consistencia

es baja. Tras este estrato de cenizas encontramos un estrato de arena mezclada con limo y arcillas que

presentan una mayor capacidad portante. Del estudio geotécnico se puede concluir que el suelo presenta bajos

valores del módulo de deformación, lo que provoca excesivos asientos en la zona que deberán reducirse de

alguna manera. El cálculo de los parámetros elásticos (módulo de deformación y coeficiente de poissons) se ha

realizado mediante un análisis estadístico fijándose de esta manera los valores conservadores, estando así del

lado de la seguridad. La zona de estudio se ha dividido en tres estratos denominadso cenizas, arena arcillosa 1

y arena arcillosa 2 cuyos valores del módulo de elasticidad es 4, 10 y 20 MPa respectivamente. .

Por un lado, se ha calculado de forma analítica el asiento producido por el tanque. En su vida útil el tanque

almacenará biodiesel, sin embargo, el diseño se ha realizado teniendo en cuenta una prueba hidraúlica a la que

éstos están sometidos debido a que el peso específico del agua es mayor que el del biodiesel. De esta manera,

estamos del lado de la seguridad.

Por otro lado, se ha buscado información en normativas y en artículos de diferentes autores acerca de los

posibles valores admisibles de los tanques en lo que se refiere al asiento total y diferencial. De este apartado se

ha llegado a la conclusión de que la normativa española no contiene valores de asientos, por tanto, ha sido

necesario buscar artículos y normativas extranjeras. De las normativas API analizada tampoco se ha extraído

valores de los asientos límites, sino que esta tiene el objetivo de dar indicaciones y buenas prácticas. Así, el

asiento diferencial se ha tomado como el mínimo valor del tomado por una serie de autores que hicieron un

estudio en su momento.

Calculado el asiento total y diferencial que el tanque provoca sobre el terreno y comparado con sus respectivos

valores límites, se llega a la conclusión de que es necesaria una mejora de terreno. Para ello se han estudiado

diferentes técnicas de mejora del terreno, de las cuales la más adecuada y óptima ha sido las columnas de

grava, puesto que la compactación dinámica podría producir licuefacción y la precarga supondría una altura de

terraplén demasiado grande, lo cual aumentaría el coste de la obra y sería inservible según el modelo de

comportamiento elegido, siendo este Mohr-Coulomb.

Una vez elegida como técnica de mejora de terreno las columnas de grava y haber realizado un cálculo

analítico a priori para conocer aproximadamente las dimensiones se realiza un modelo en el software llamado

Plaxis. En primer lugar, se realizado un modelo sin mejora de terreno para conocer el valor de los asientos. De

esta manera se conoce el valor de los asientos tanto de forma analítica como de forma numérica, siendo los

valores en el cálculo numérico mayores puesto que no se consideran tantas simplificaciones como en el caso

del cálculo analítico, el cual se ha realizado a través del semiespacio de Boussinesq. Si se comparan los

118

asientos obtenidos obtenidos de forma analítica con los obtenidos con el MEF se puede concluir que la forma

analítica es solamente una aproximación al comportamiento real, puesto que existe diferencia ente los valores

de los asientos. Por tanto, en el diseño y cálculo de una mejora de terreno no sería adecuado realizar solamente

un cálculo analítico debido a las simplificaciones realizadas. Sin embargo, el MEF nos puede mostrar con

mayor realismo el comportamiento del terreno antes la aplicación de carga y puede ser posible la obtención de

resultados de forma gráfica, lo cual resulta más ilustrativo al analizar el problema y poder así implementar una

solución adecuada y óptima.

Teniendo en cuenta una serie de limitaciones de las columnas, tales como diámetro máximo de 1,5m y

profundidad máxima de 15m, se realizan una serie de modelos para optimizar el diseño de esta técnica de

mejora. Del modelo de plaxis definitivo se han obtenido las siguientes conclusiones:

- Es necesario unir las columnas de grava mediante un encepado constituido por la misma grava

con el objetivo de mejorar la transición de las tensiones.

- En el modelo de cálculo es posible tener en cuenta la densificación que sufre el terreno que existe

entre las columnas. Esta densificación es producida por un vibro que se introduce antes de

introducir la grava. De esta manera, entre las columnas de grava se ha aumentado un 50% el

módulo de deformación, lo que supone una menor deformación del terreno, lo que contribuye a

una reducción de los asientos.

Por tanto, las columnas de grava se definen finalmente con un diámetro de 1,3m, una separación entre ejes de

columnas de 1,8m y hasta una profundidad de 12,5m. Con esta técnica es posible reducir los asientos totales y

diferenciales requeridos por la normativa.

Respecto a los valores fijados tanto en los parámetros geotécnicos y elásticos es importante saber que en todo

tipo de proyecto geotécnico el nivel de incertidumbre es alto debido a la variabilidad que existe en las

propiedades del terreno. Al igual, los modelos de cálculo también presentan una gran incertidumbre. Por este

motivo, se han elegido siempre valores conservadores de forma que estemos siempre del lado de la seguridad.

Para trabajos posteriores, sería necesario estudiar la inlfuencia que existe entre los diferentes tanques, lo que

podría influir en el asiento total. Otro punto importante a tener en cuenta en trabajos próximos sería el proceso

de consolidación, muy importante tenerlo en cuenta debido a la proximidad del nivel freático a la superficie.

119

REFERENCIAS

IGME ( ) “Mapa geológico de España”, hoja 1075 (1 mapa E 1:50000)

IGME ( ) “Mapa geotécnico de España”, hoja 4-12/87 Algeciras (1 mapa E 1:200000)

Informe geotécnico del municipio de Los Barrios en la provincia de Cádiz.

MINISTERIO DE FOMENTO. Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias, ROM 0.5-

05. Puertos del Estado. Madrid, 2005.

MINISTERIO DE FOMENTO, Código Técnico de la Edificación. Documento básico SE-C Seguridad

Estructural Cimientos. CTE-C. Madrid, 2019.

MINISTERIO DE FOMENTO, Guía de Cimentaciones de Obras de Carretera, GCOC. Dirección General de

Carreteras, 2009.

AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Welded Tanks For Oil Storage (Annex B). API STANDARD

650. Twelfth edition. Washington D. C.: API Publishing Services, 2013.

AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Tank Inspection, Repair, Alteration And Reconstruction (Annex B).

API STANDARD 653. Third edition. Washington D. C.: API Publishing Services, 2003.

Apuntes de la asignatura Obras Geotécnicas, impartida en el cuarto curso del Grado en Ingeniería Civil.

Universidad de Sevilla, Curso 2019/20.

Apuntes de la asignatura Mecánica del suelo y roca, impartida en el segundo curso del Grado en Ingeniería Civil.

Universidad de Sevilla, Curso 2017/18.

PLAXIS. Manual de referencia. Plaxis 2D: 2012.

Oteo, C. (2016). “La mejora del terreno: De las cimentaciones profundas a las inclusiones y pasadores.” Editorial

Centro de Experimentaciñon de Obras Públicas de España, CEDEX.

120

ANEXOS

Anexo A. Resultados y análisis de ensayos geotécnicos

A.1 Ensayo SPT

Sondeo Número de ensayos

SPT

S-1 10

S-2 9

S-3 9

S-4 14

S-5 14

S-6 14

Tabla 47. Número de ensayos SPT realizados.

SONDEO S-1

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 9.45

espesor (m) 9.45

Ensayo NSPT

Cota (m) NSPT Descripción

1.00-1.45 2 muy blanda


6.00-6.45 7 media

9.00-9.45 12 media

Estr

ato

2

prof techo(m) 9.45

prof base(m) 25

espesor (m) 15.55

121

Granulometria (% pasa)

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

12.00-12.45 100 99 27.5

18.00-18.45 100 99 61.1

24.00-24.45 100 100 77.1

Límites de Atterberg

Cota (m) WL WP IP

12.00-12.45 0 no plast no plast



Clasificación

Cota (m) USCS/ASTM HRB/AASHTO

12.00-12.45 SM grupo A-2-4

18.00-18.45 ML grupo A-4

24.00-24.45 ML grupo A-4

Ensayo NSPT

Cota(m) NSPT Descripción

9.00-9.45 12 media

12.00-12.45 19 media

15.00-15.45 30 compacto

18.00-18.45 38 compacto

21.00-21.45 37 compacto

24.00-24.45 33 compacto

Ensayo corte directo tipo CD

Cota Cohesión (kp/cm2) Angulo roz interno (º)

12-00-12.45 0.03 31.51

Propiedades obtenidas del ensayo granulométrico

cota Cu (Coeficiente de uniformidad) Cc (Coeficiente de curvatura) w(%)

12.00-12.45 7.7 1.3 21

18.00-18.45 6 1.5 -

24.00-24.45 6 1.5 -

cota densidad seca(g/cm3) densidad húmeda(g/cm3) w(%)

12.00-12.45 1.652 1.999 21

Tabla 48. Resultado del sondeo S-1.

122

SONDEO S-2

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 9.6

espesor (m) 9.6

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

3.00-3.45 100 97 88


Cota (m) WL WP IP


Clasificación


3.00-3.45 ML grupo A-4

Ensayo NSPT


1.00-1.45 10 media


6-6.45 2 muy blanda



3.00-3.45 6 1.5 -

Estr

ato

2

prof techo(m) 0

prof base(m) 25

espesor (m) 25

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

9:00-9:45 100 60 10.8

15:00-15:45 100 58 14.9


Cota (m) WL WP IP

9:00-9:45 0 no plast no plast


Clasificación


9:00-9:45 SW-SM grupo A-2-4

15:00-15:45 SM grupo A-2-4

Ensayo NSPT


9.00-9.45 12 media

12.00-12.45 18 media

123

15.00-15.45 29 media

18.00-18.45 32 compacto

21.00-21.45 33 compacto

24.00-24.45 43 compacto


Cota Cohesión (kp/cm2) Angulo roz interno

9.00-9.45 0.04 32.66



9.00-9.45 5.4 1.4 17,2

15.00-15.45 9.1 1.4 -

cota densidad seca(g/cm3) densidad húmeda(g/cm3)

9.00-9.45 1.811 2.122 17.2

Tabla 49. Resultado del ensayo sondeo S-2.

SONDEO S-3

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 8.2

espesor (m) 8.2

Ensayo NSPT




6-6.45 3 muy blanda

Estr

ato

2

prof techo(m) 8.2

prof base(m) 25

espesor (m) 16.8

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

9.00-9.45 100 100 8.4

15.00-15.45 100 100 21.8

24.00-24.45 100 32 5


Cota (m) WL WP IP




Clasificación


124

9.00-9.45 SW-SM grupo A-2-4

15.00-15.45 SM grupo A-2-4

24.00-24.45 SP-SM grupo A-1-b

Ensayo NSPT


9.00-9.45 16 media

12.00-12.45 25 media

15.00-15.45 29 media

18.00-18.45 27 media

21.00-21.45 39 compacto

24.00-24.45 32 compacto

Ensayo corte directo tipo UU


9.00-9.45 0.01 33.52



9.00-9.45 3 1.1 28.3

15.00-15.45 6.5 1.5 -

24.00-24.45 7.8 0.9 -

cota densidad seca(g/cm3) Cc (Coeficiente de curvatura)

15.00-15.45 6.5 1.5

24.00-24.45 7.8 0.9


9.00-9.45 1.508 1.934 28.3


SONDEO S-4

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 7.7

espesor (m) 7.7

Ensayo NSPT


1.00-1.45 11 media



Estr

ato

2 prof techo(m) 7.7

prof base(m) 40

espesor (m) 32.3

Granulometria

125

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

12.00-12.45 99 53 9

21.00-21.45 100 97 21.1

30.00-30.45 100 86 16.1

36:00-36:20 100 99 43.3


Cota (m) WL WP IP





Clasificación


12.00-12.45 SP-SM grupo A-3

21.00-21.45 SM grupo A-2-4

30.00-30.45 SM grupo A-2-4

36:00-36:20 SM grupo A-4

Ensayo NSPT


9.00-9.45 3 muy suelta

12.00-12.45 13 media

15.00-15.45 18 media

18.00-18.45 21 media

21.00-21.45 41 compacto

24.00-24.45 55 muy compacto



33.00-33.40 R muy compacto





36.00-36.20 0.05 31.23



12.00-12.45 7.3 1 -

21.00-21.45 6.4 1.5 -

30.00-30.45 5.7 1.5 -

36.00-36.2 9.5 0.9 14.6


126

36.00-36.2 1.86 2.132 14.6


SONDEO S-5

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 9

espesor (m) 9

Ensayo NSPT


1.00-1.45 5 blanda


6-6.45 2 muy blanda

9.00-9.45 8 media

Estr

ato

2

prof techo(m) 9

prof base(m) 40

espesor (m) 31

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

12.00-12.45 100 90 19.2

21.00-21.45 100 100 20.9

30.00-30.45 100 100 24.4

39.00-39.25 100 100 56


Cota (m) WL WP IP





Clasificación


12.00-12.45 SM grupo A-2-4

21.00-21.45 SM grupo A-2-4

30.00-30.45 SM grupo A-2-4

39.00-39.25 ML grupo A-2-4

Ensayo NSPT


12.00-12.45 14 media

15.00-15.45 22 media

18.00-18.45 25 media

127

21.00-21.45 21 media

24.00-24.45 33 compacto

27.00-27.45 34 compacto

30.00-30.45 42 compacto




Ensayo corte directo tipo UU


39.00-39.25 0.1 30.37



12.00-12.45 6.4 1.5 -

21.00-21.45 6.2 1.5 28.8

30.00-30.45 7.1 1.4 -

39.00-39.25 7.6 1.2 19


21.00-21.45 1.517 1.953 28.8

39.00-39.25 1.729 2.058 19


SONDEO S-6

Estr

ato

1

prof techo(m) 0

prof base(m) 9.2

espesor (m) 9.2

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

5.00-5.45 100 100 96.3


Cota (m) WL WP IP


Clasificación


3.00-3.45 ML grupo A-4

Ensayo NSPT


1.00-1.45 28 blanda



9.00-9.45 12 media


128

Cota Cohesión (kp/cm2) Angulo roz interno (º)

5.00-5.45 0.11 28.36


Cota (m) Cu (Coeficiente de uniformidad) Cc (Coeficiente de curvatura) w(%)

5-00-5.45 6 1.5 57.5


5-00-5.45 1.003 1.579 57.5

Estr

ato

2

prof techo(m) 0

prof base(m) 40

espesor (m) 40

Granulometria

Cota (m) T5 T0.4 T0.08

15.00-15.45 100 99 31.9

30.00-30.45 100 100 85.5

39.00-39.25 100 100 87.6


Cota (m) WL WP IP




Clasificación


15.00-15.45 SM grupo A-2-4

30.00-30.45 ML grupo A-4

39.00-39.25 ML grupo A-4

Ensayo NSPT


12.00-12.45 19 media

15.00-15.45 25 media

18.00-18.45 29 media

21.00-21.45 44 compacto

24.00-24.45 44 compacto







Cota (m) Cu (Coeficiente de uniformidad) Cc (Coeficiente de curvatura) w(%)

15.00-15.45 8.6 1 -

129

30.00-30.45 6 1.5 -

39.00-39.25 6 1.5 -


NIVEL FREÁTICO

Sondeo fecha profundidad(m)

S-1 15/02/2008 3.15

S-1 04/03/2008 4.2

S-2 04/03/2008 4.2

S-2 04/03/2008 4

S-3 14/02/2008 4.1

S-3 04/03/2008 4.1

S-4 29/02/2008 4.6

S-4 04/03/2008 4.3

S-5 26/02/2008 4.9

S-5 04/03/2008 4.2

S-6 12/02/2008 4.9

S-6 04/03/2008 4

Tabla 54. Mediciones del nivel freático en los diferentes sondeos.

Número de datos 12

Valor medio 4.220833333

Valor mínimo 3.15

Valor máximo 4.9

Desviación 0.461941719


Tabla 55. Análisis de datos del nivel freático.

Resumen de densidad seca (g/cm^3)

Sondeo Estrato Valor

1 2 1.652

2 2 1.811

3 2 1.508

4 2 1.86

5 2 1.517

5 2 1.729

6 1 1.003

Tabla 56. Resultados de la densidad seca en los diferentes estratos de los ensayos SPT.

130

Densidad seca en el estrato 2 (g/cm^3)


Valor medio 1.68

Valor mínimo 1.51

Valor máximo 1.86

Desviación 0.15


Tabla 57. Análisis de datos de la densidad seca.

Resumen de densidad húmeda (g/cm^3)


1 2 1.999

2 2 2.122

3 2 1.934

4 2 2.132

5 2 1.953

5 2 2.058

6 1 1.579

Tabla 58. Resultados de la densidad húmeda en los diferentes estratos de los ensayos SPT.

Densidad húmeda en el estrato 2 (g/cm^3)


Valor medio 2.03

Valor mínimo 1.93

Valor máximo 2.13

Desviación 0.08


Tabla 59. Análisis de datos de la densidad húmeda.

Resumen de humedad (%)


1 2 21

2 2 17.2

3 2 28.3

4 2 14.6

5 2 28.8

5 2 19

6 1 57.5

Tabla 60. Resultados de la humedad en los diferentes estratos de los ensayos SPT.

131

Humedad en el estrato 2


Valor medio 21.48

Valor mínimo 14.60

Valor máximo 28.80

Desviación 5.87


Tabla 61. Análisis de datos de la humedad.

A.2 Ensayo DPSH

SONDEO P-1

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 5.2

espesor (m) 5.2

DPSH

profundidad (m) Golpeo (N)

1.2 4/11.

5.2 1/3.

- -

Estrato 2

prof techo(m) 5.2

prof base(m) 37.8

espesor (m) 32.6

DPSH


16.8 3/19.

37.8 10/R

Tabla 62. Resultados del sondeo P-1.

132

SONDEO P-2

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 5.2

espesor (m) 5.2

DPSH


2 6/67.

5.2 1/7.

- -

Estrato 2

prof techo(m) 5.2

prof base(m) 36.6

espesor (m) 31.4

DPSH


17 5/25.

36.8 17/R


SONDEO P-3

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 9.8

espesor (m) 9.8

DPSH


2 4/86.

5.4 1/4.

9.8 2/9.

Estrato 2

prof techo(m) 9.8

prof base(m) 38.6

espesor (m) 28.8

DPSH


15 2/10.

38.6 12/R.


133

SONDEO P-4

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 7.2

espesor (m) 7.2

DPSH


1.8 6/15.

7.2 1/7.

- -

Estrato 2

prof techo(m) 7.2

prof base(m) 37.8

espesor (m) 30.6

DPSH


16.8 2/14.

37.8 17/R


SONDEO P-5

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 7.6

espesor (m) 7.6

DPSH


- -

7.6 0/5

- -

Estrato 2

prof techo(m) 7.6

prof base(m) 40.6

espesor (m) 33

DPSH


13.2 5/21.

40.6 17/R


134

SONDEO P-6

Estrato 1

prof techo(m) 0

prof base(m) 10.6

espesor (m) 10.6

DPSH


1.6 5/24.

4.2 1/4.

10.6 2/9.

Estrato 2

prof techo(m) 10.6

prof base(m) 38.8

espesor (m) 28.2

DPSH


16.4 3/11.

38.6 12/R


A.3 Ensayo CPTU

Tabla 68. Número de golpeo en función de la profundidad para cada ensayo DPSH

ENSAYO DPSH

Profundidad (m) DPSH-1 DPSH-2 DPSH-3 DPSH-4 DPSH-5 DPSH-6

0.2 9 7 25 12 0 9

2.2 1 3 3 3 0 3

4.2 2 4 2 6 5 2

6.2 4 10 8 5 2 6

8.2 5 9 5 4 9 2

10.2 9 15 4 10 14 6

12.2 17 21 6 8 12 5

14.2 8 9 9 8 32 7

16.2 14 15 15 11 21 11

18.2 20 21 17 23 22 16

20.2 33 32 24 34 25 22

22.2 35 37 25 34 35 25

24.2 31 36 35 39 45 31

26.2 38 37 41 40 70 36

28.2 46 41 47 40 39 40

30.2 40 37 50 47 45 51

32.2 53 40 53 49 41 55

34.2 71 48 75 70 59 61

36.2 63 89 84 61 47 71

135

CPTU 1

Estrato 1 cota (m) qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)

- - - -

Estrato 2

cota (m) qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)

9.00-10.30 4.779 0.044 0.051

10.30-11.80 12.76 0.081 0.074

11.80-16.1 6.88 0.056 0.101

Tabla 69. Resultado del ensayo CPTU-1.

CPTU2

Estrato 1


7.14 1.168 0.009 0.0414

Estrato 2


7.14-9.6 3.258 0.033 0.0612

9.60-10.40

8.232 0.063 0.0779

10.40-15.50

3.216 0.039 0.0793

Ensayo de disipación de presiones intersticilaes

cota (m) Clasificación del suelo

Tiempo de disipación (s) 50%

Tiempo de disipación (s) total

11.25 Arcilla limosa- limo arcilloso

24 942.8

12.59 Limo arcillosos - arcilla limosa

101 587.4

cota (m) Ch (cm^2/s) según Baligh

Ch (cm^2/s) según Houlsby Kh (cm/s)

11.25 7.43E-01 1.47E-01 3.13E-06

12.59 7.43E-01 1.47E-01 1.88E-05


CPTU 3

Estrato 1 cota (m) qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)

- - - -

Estrato 2


5.50-7.80 4.641 0.045 0.0309

7.80-11.70 17.119 0.118 0.0672

11.70-17.5 7.337 0.073 0.1157


RESISTENCIA POR PUNTA (Mpa)

Profundidad (m) CPTU1 CPTU2 CPTU3

136

5.6 1.5

6 2 7

6.4 2 4

6.8 2.5 4

7.2 4 10

7.6 9 4

8 6 16

8.4 7 16

8.8 6 16

9.2 5 4 14

9.6 5 4 16

10 3 16 16

10.4 3 4 16

10.8 16 4 16

11.2 16 3 14

11.6 12 5 2.5

12 6 4 12

12.4 8 7 16

12.8 11 4 8

13.2 6 5 4

13.6 2 9 4

14 2 4 4

14.4 10 12 5.5

14.8 4 14 5

15.2 4 9 8

15.6 12 9

16 12 6

16.2 6

16.6 6

17 8

Tabla 72. Valores de la resistencia por punta por profundidad en los ensayos CPTU.

137

RESISTENCIA POR FUSTE

Profundidad (m) CPTU 1 CPTU 2 CPTU 3

5.6 12

6 2 8

6.4 1.5 8

6.8 2 10

7.2 3.5 12

7.6 7 8

8 6 16

8.4 8 16

8.8 8 16

9.2 8 6 16

9.6 10 8 14

10 7 16 16

10.4 6 6 16

10.8 16 7 16

11.2 16 8 16

11.6 12 8 14

12 9.5 6 16

12.4 10 6 16

12.8 14 7 12

13.2 7 8 12

13.6 10 8 9

14 10 7 10

14.4 13 9 12

14.8 12 16 15

15.2 10 8 16

15.6 12 14

16 16 8

16.2 8

16.4 14

16.6 16

Tabla 73. Valores de la resistencia por fuste por profundidad en los ensayos CPTU.

138

RESISTENCIA POR FUSTE

Profundidad (m) CPTU 1 CPTU 2 CPTU 3

5.6 0.06

6 0.01 0.04

6.4 0.0075 0.04

6.8 0.01 0.05

7.2 0.0175 0.06

7.6 0.035 0.04

8 0.03 0.08

8.4 0.04 0.08

8.8 0.04 0.08

9.2 0.04 0.03 0.08

9.6 0.05 0.04 0.07

10 0.035 0.08 0.08

10.4 0.03 0.03 0.08

10.8 0.08 0.035 0.08

11.2 0.08 0.04 0.08

11.6 0.06 0.04 0.07

12 0.0475 0.03 0.08

12.4 0.05 0.03 0.08

12.8 0.07 0.035 0.06

13.2 0.035 0.04 0.06

13.6 0.05 0.04 0.045

14 0.05 0.035 0.05

14.4 0.065 0.045 0.06

14.8 0.06 0.08 0.075

15.2 0.05 0.04 0.08

15.6 0.06 0.07

16 0.08 0.04

16.2 0.04

16.4 0.07

16.6 0.08

Tabla 74. Valores de la presión intersticial por profundidad en los ensayos CPTU.

A.4 Resumen estrato 1

139

Identificación Ensayo NSPT Granulometría (% pasa) Límites de Atterberg Clasificación

Nº Nº de estrato Prof. (m) Nº golpeo Descripción T5 T0.4 T0.08 WL WP IP USCS/ASTM HRB/AAHO

S-1 1

1.00-1.45 muy blanda


6.00-6.45 7 media

9.00-9.45 12 media

S-2 1

1.00-1.45 media

3.00-3.45 muy blanda 100 97 88 0 no plástico no plástico ML grupo A-4


S-3 1




S-4 1

1.00-1.45 media



S-5 1

1.00-1.45 media



9.00-9.45 8 compacto

S-6 1

1.00-1.45 muy compacto

3.00-3.45 4 blanda

5.00-5.45 100 100 96.3 0 no plástico no plástico ML grupo A-4

6.00-6.45 4 blanda

9.00-9.45 12 media

Tabla 75. Resumen de resultados obtenidos en el ensayo SPT (1/2) estrato 1.

140

Identificación Ensayo Corte Directo

tipo CD

Ensayo Corte Directo

tipo UU Coeficiente

de uniformida

d Cu

Coeficient

e de curvatura

Cc

Densidad

seca (g/cm^3

)

Densidad

húmeda (g/cm^3

)

humedad (%)

Nivel

freático

Nº Nº de estrat

o

Prof.

(m)

Cohesión

c'

(kp/cm^2)

Ángulo de

rozamient

o interno (º)

Cohesión

sin drenaje cu

(kp/cm^2

)

Ángulo de

rozamient

o interno (º)

Profundida

d (m)

S-1

1

1.00-1.45

3.15

3.00-3.45

4.2

6.00-6.45

9.00-9.45

S-2

1

1.00-1.45

4

3.00-3.45

6 1.5 4.2

6.00-6.45

S-3

1

1.00-1.45

3.00-3.45

6.00-6.45

4.1

S-4

1

1.00-1.45

4.6

3.00-3.45

4.3

6.00-6.45

S-5

1 1.00-1.45

4.9

141

Ensayo NSPT Granulometría (% pasa)


Clasificación

Nº golpeo Descripción T5 T0.4 T0.08 WL WP IP USCS/ASTM HRB/AAHO

Número de datos 10.00 - 2.00 2.00 2.00 2.00 - - - -

Valor medio 6 - 100.00 98.50 92.15 0.00 - - - -

Valor mínimo 2.00 - 100.00 97.00 88.00 0.00 - - - -

Valor máximo 12.00 - 100.00 100.00 96.30 0.00 - - - -

Desviación 3.95 - 0.00 2.12 5.87 0.00 - - - -

Coeficiente de variación 0.71 - 0.00 0.02 0.06 0.00 - - - -

Tabla 77. Análisis de resultados de los ensayos SPT en el estrato 1 (1/2).

3.00-3.45

4.2

6.00-6.45

9.00-9.45

S-6

1

1.00-1.45

4.9

3.00-3.45

4

5.00-5.45

0.11 28.36 6 1.5 1.003 1.579 57.5

6.00-6.45

9.00-9.45


142

Ensayo Corte Directo tipo CD

Ensayo Corte Directo tipo UU

Coeficiente de

uniformidad Cu

Coeficiente de

curvatura Cc

Densidad seca

(g/cm^3)

Densidad húmeda

(g/cm^3)

humeda

d (%)

Nivel freático

Cohesión

c' (kp/cm^2

)

Ángulo de

rozamiento interno

(º)

Cohesión sin

drenaje cu (kp/cm^2

)

Ángulo de

rozamiento interno

(º)

Profundidad (m)

Número de datos 1.00 1.00 0.00 0.00 2.00 2.00 1.00 1.00 1.00 11.00

Valor medio 0.11 28.36 #¡DIV/0! #¡DIV/0! 6.00 1.50 1.00 1.58 57.50 4.23

Valor mínimo 0.11 28.36 0.00 0.00 6.00 1.50 1.00 1.58 57.50 3.15

Valor máximo 0.11 28.36 0.00 0.00 6.00 1.50 1.00 1.58 57.50 4.90

Desviación #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! 0.00 0.00 #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! 0.48


#¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! 0.00 0.00 #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! 0.11

Tabla 78. Análisis de resultados de los ensayos SPT en el estrato 1 (2/2)

Identificación Resultados Ensayo CPTU

Nº Nº de estrato Prof. (m) qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)

CPTU-1 1 - - - -

CPTU-2 1 7.14 1.168 0.009 0.0414

CPTU-3 1 - - - -

Tabla 79. Valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 1.

143

qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)


Valor medio 1.17 0.01 0.04


Valor máximo 1.17 0.01 0.04

Desviación #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!

Coeficiente de variación #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!

Tabla 80. Análisis de valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 1.


Nº de ensayo Profundidad (m) Nº golpes

P-1

0.2 9

2.2 1

4.2 2

P-2

0.2 7

2.2 3

4.2 4

6.2 10

P-3

0.2 25

2.2 3

4.2 2

6.2 8

8.2 5

P-4

0.2 12

2.2 3

4.2 6

144

6.2 5

P-5

0.2 0

2.2 0

4.2 5

6.2 2

P-6

0.2 9

2.2 3

4.2 2

6.2 6

8.2 2

10.2 6

Tabla 81. Valores obtenidos por profundidad en los ensayos DPSH en el estrato 1.

Ensayo de penetración dinámica Estrato 1


Valor medio 5

Valor mínimo 0.00

Valor máximo 25.00

Desviación 5.08


Tabla 82. Análisis de datos obtenidos en los ensayos DPSH en el estrato 1.

145

Estrato 1


N spt (nº golpes) Cuartil 25% 2.25

Resistencia por punta (Mpa) único valor 1.17





Cohesión (kp/cm^2) único valor 0.11

Ángulo de rozamiento (º) único valor 28.00

Densidad seca (g/m^3) único valor 1.00

Densidad húmeda (g/m^3) único valor 1.58

Módulo de deformación (Mpa) Asignado según criterio 4


Humedad (%) único valor 57.5

Tabla 83. Valores asignados de las propiedades geotécnicas y elásticas en el estrato 1.

A.5 Resumen estrato 2.

146

Identificación Ensayo NSPT Grnulometría

(% pasa) Límites de Atterberg Clasificación

Nº Nº de

estrato Prof. (m) Nº golpeo Descripción T5 T0.4 T0.08 WL WP IP USCS/ASTM HRB/AAHO

S-1 2

12.00-12.45 19 media 100 99 27.5 0 no plástico no plástico SM grupo A-2-4

15.00-15.45 30 compacto

18.00-18.45 38 compacto 100 99 61.1 0 no plástico no plástico ML grupo A-4

21.00-21.45 37 compacto

24.00-24.45 33 compacto 100 100 77.1 0 no plástico no plástico ML grupo A-4

S-2 2

9.00-9.45 12 media 100 60 10.8 0 no plástico no plástico SW-SM grupo A-2-4

12.00-12.45 18 media


18.00-18.45 32 compacto

21.00-21.45 33 compacto

24.00-24.45 43 compacto

S-3 2

9.00-9.45 16 media 100 100 8.4 0 no plástico no plástico

12.00-12.45 25 media

15.00-15.45 29 media 100 100 21.8 0 no plástico no plástico

18.00-18.45 27 media

21.00-21.45 39 compacto

24.00-24.45 32 compacto 100 32 5 0 no plástico no plástico

S-4 2


12.00-12.45 13 media 99 53 9 0 no plástico no plástico SP-SM grupo A-3

15.00-15.45 18 media

18.00-18.45 21 media

147

21.00-21.45 41 compacto 100 97 21.1 0 no plástico no plástico SM grupo A-2-4



30.00-30.45 72 muy compacto 100 86 16.1 0 no plástico no plástico SM grupo A-2-4


36.00-36.20 muy compacto 100 99 43.3 0 no plástico no plástico SM grupo A-4


S-5 2


15.00-15.45 22 media

18.00-18.45 25 media


24.00-24.45 33 compacto

27.00-27.45 34 compacto

30.00-30.45 42 compacto 100 100 24.4 0 no plástico no plástico SM grupo A-2-4



39.00-39.12 muy compacto 100 100 56 0 no plástico no plástico ML grupo A-2-4

S-6 2

12.00-12.45 19 media


18.00-18.45 29 media

21.00-21.45 44 compacto

24.00-24.45 44 compacto


30.00-30.45 84 muy compacto 100 100 85.5 0 no plástico no plástico ML grupo A-4



39.00-39.12 muy compacto 100 100 87.6 0 no plástico no plástico ML grupo A-4

148


Identificación Ensayo Corte Directo

tipo CD


tipo UU

Coeficiente

de uniformidad

Cu

Coeficiente

de curvatura

Cc

Densidad

seca (g/cm^3)

Densidad

húmeda (g/cm^3)

humedad (%)

Nivel

freático

Nº Nº de

estrato Prof. (m)

Cohesión c'

(kp/cm^2)

Ángulo de rozamiento

interno (º)

Cohesión

sin drenaje

cu (kp/cm^2)

Ángulo de rozamiento

interno (º)

Profundidad

(m)

S-1 2

12.00-12.45 0.3 31.51 7.7 1.3 1.652 1.999 21

15.00-15.45

18.00-18.45 6 1.5

21.00-21.45

24.00-24.45 6 1.5

S-2 2

9.00-9.45 0.04 32.66 5.4 1.4 1.811 2.122 17.2

12.00-12.45

15.00-15.45

18.00-18.45

21.00-21.45

24.00-24.45

S-3 2

9.00-9.45 0.01 33.52 3 1.1 1.508 1.934 28.3 4.1

12.00-12.45

15.00-15.45 6.5 1.5

18.00-18.45

21.00-21.45

24.00-24.45 7.8 0.9

S-4 2 9.00-9.45

149

12.00-12.45 7.3 1

15.00-15.45

18.00-18.45

21.00-21.45 6.4 1.5

24.00-24.45

27.00-27.45

30.00-30.45 5.7 1.5

33.00-33.40

36.00-36.20 0.05 31.23 9.5 0.9 1.86 2.132 14.6

39.00-39.12

S-5 2

12.00-12.45 6.4 1.5

15.00-15.45

18.00-18.45

21.00-21.45 6.2 1.5 1.517 1.953 28.8

24.00-24.45

27.00-27.45

30.00-30.45 7.1 1.4

33.00-33.40

36.00-36.20

39.00-39.12 0.1 30.37 7.6 1.2 1.729 2.058 19

S-6 2

12.00-12.45

15.00-15.45 8.6 1

18.00-18.45

21.00-21.45

24.00-24.45

27.00-27.45

30.00-30.45 6 1.5

150

33.00-33.40

36.00-36.20

39.00-39.12 6 1.5



tipo CD


tipo UU Coeficiente

de

uniformidad Cu

Coeficient

e de

curvatura Cc

Densidad

seca

(g/cm^3)

Densidad

húmeda

(g/cm^3)

humeda

d (%)

Nivel

freático

Cohesión

c' (kp/cm^2

)

Ángulo de

rozamiento interno

(º)

Cohesión sin

drenaje cu

(kp/cm^2)

Ángulo de

rozamiento interno

(º)

Profundidad (m)

Número de datos 3.00 3.00 2.00 2.00 18.00 18.00 6.00 6.00 6.00 1.00

Valor medio 0.13 31.80 0.06 31.95 6.62 1.32 1.68 2.03 21.48 4.10

Valor mínimo 0.04 31.23 0.01 30.37 3.00 0.90 1.51 1.93 14.60 4.10

Valor máximo 0.30 32.66 0.10 33.52 9.50 1.50 1.86 2.13 28.80 4.10

Desviación 0.15 0.76 0.06 2.23 1.41 0.23 0.15 0.08 5.87 #¡DIV/0!


1.13 0.02 1.16 0.07 0.21 0.18 0.09 0.04 0.27 #¡DIV/0!


151

Ensayo NSPT Grnulometría (%

pasa)

Límites de

Atterberg Clasificación

Nº

golpeo

Descripción

T5 T0.4 T0.0

8 WL

WP

IP

USCS/ASTM

HRB/AAHO

Número de datos 41 - 19.00 19.00 19.0

0 - - - - -

Valor medio 34 - 99.95 88.00 33.7

7 - - - - -

Valor mínimo 3 - 99.00 32.00 5.00 - - - - -

Valor máximo 85 - 100.0

0 100.0

0 87.6

0 - - - - -

Desviación 18.45 - 0.23 20.78 26.7

5 - - - - -


0.54 - 0.00 0.24 0.79 - - - - -


Identificación Resultados Ensayos CPTU

Nº Nº de estrato Prof. (m) qc (Mpa) fs(Mpa) u2(Mpa)

CPTU-1 2

9.00-10.30 4.775 0.044 0.051

10.30-11.80 12.76 0.081 0.074

11.80- 16.1 6.88 0.056 0.101

CPTU-2 2

7.14-9.60 3.258 0.033 0.0612

9.60-10.40 8.232 0.063 0.0779

10.40-15.50 3.216 0.039 0.0793

CPTU-3 2

5.50-7.80 4.641 0.045 0.0309

7.80-11.70 17.119 0.118 0.0672

11.70-17.5 7.337 0.073 0.1157

Tabla 88. Valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 2.

qc (Mpa) Fs (Mpa) u2(Mpa)


Valor medio 7.58 0.06 0.07


Valor máximo 17.12 0.12 0.12

Desviación 4.65 0.03 0.03

Coeficiente de variación 0.61 0.43 0.35

Tabla 89. Análisis de valores obtenidos en los ensayos CPTU en el estrato 2

152


Nº de ensayo Profundidad (m) Nº golpes

P-1

6.2 4

8.2 5

10.2 9

12.2 17

14.2 8

16.2 14

18.2 20

20.2 33

22.2 35

24.2 31

26.2 38

28.2 46

30.2 40

32.2 53

34.2 71

36.2 63

37.2 86

P-2

6.2 10

8.2 9

10.2 15

12.2 21

14.2 9

16.2 15

18.2 21

20.2 32

22.2 37

24.2 36

26.2 37

28.2 41

30.2 37

32.2 40

34.2 48

36.2 89

P-3

10.2 4

12.2 6

14.2 9

16.2 15

18.2 17

20.2 24

22.2 25

153

24.2 35

26.2 41

28.2 47

30.2 50

32.2 53

34.2 75

36.2 84

P-4

8.2 4

10.2 10

12.2 8

14.2 8

16.2 11

18.2 23

20.2 34

22.2 34

24.2 39

26.2 40

28.2 40

30.2 47

32.2 49

34.2 70

36.2 61

37.2 86

P-5

8.2 9

10.2 14

12.2 12

14.2 32

16.2 21

18.2 22

20.2 35

22.2 35

24.2 45

26.2 70

28.2 39

30.2 45

32.2 41

34.2 59

36.2 47

38.2 71

P-6

12.2 5

14.2 7

16.2 11

18.2 16

20.2 22

22.2 25

154

24.2 31

26.2 36

28.2 40

30.2 51

32.2 55

34.2 61

36.2 71

Tabla 90. Valores obtenidos por profundidad en los ensayos DPSH en el estrato 2.


Valor medio 34

Valor mínimo 4.00

Valor máximo 89.00

Desviación 21.89


Tabla 91. Análisis de datos obtenidos en los ensayos DPSH en el estrato 2.

Estrato 2



Resistencia por punta (Mpa) Cuartil 25% 4.64





Cohesión (kp/cm^2) Valor medio 0.10

Ángulo de rozamiento (º) Valor medio 31.86

Densidad seca (g/m^3) Valor medio 1.68

Densidad húmeda (g/m^3) Valor medio 2.03

Módulo de deformación (Mpa) según criterio(6m-15m) 10

según criterio ( + 15m) 20


Humedad (%) valor medio 21.48

Tabla 92. Valores asignados de las propiedades geotécnicas y elásticas en el estrato 2.

155

ANEXO B. Obtención de los parámetros elásticos en función de los diferentes normas y autores.

B.1 Obtención de parámetros elásticos según la sanglerat y whitlow

OBTENCIÓN DE PARÁMETROS ELÁSTICOS SEGÚN LA SANGLERAT Y WHITLOW

Estrato

Sondeo

Profundidad (m)

Clasificación

SANGLERAT WHITLOW

factor de correlación

am qc (Mpa)

E edométrico(

MPa) Em (MPa)

Tipo de cimenta

ción

Tipo de arena

qc (Mpa)

E(MPa)

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

1 S-2

3 ML 3.75 7.5 1.168

4.380

8.760 2.04

4 4.088

6.570

1 S-6

3 ML 3.75 7.5 1.168

4.380

8.760 2.04

4 4.088

6.570

2 S-1

12 SM 7.580

circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-1

18 ML 3.75 7.5 7.580

28.426

56.852

13.265

26.531

42.639

2 S-1

24 ML 3.75 7.5 7.580

28.426

56.852

13.265

26.531

42.639

2 S-2

9 SW-SM

circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-2

15 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-3

9 SW-SM

circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-3

15 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-3

24 SP-SM

circular normalma

nete 7.580

18.951

156

consolidada

2 S-4

12 SP-SM

circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-4

21 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-4

30 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-4

36 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-5

12 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-5

21 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-5

30 SM circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-5

33 ML 3.75 7.5 7.580

28.426

56.852

13.265

26.531

42.639

2 S-6

15 SM 7.580

circular

normalmanete

consolidada

7.580

18.951

2 S-6

30 ML 3.75 7.5 7.580

28.426

56.852

13.265

26.531

42.639

2 S-6

39 ML 3.75 7.5

7.580

28.426

56.852

13.265

26.531

42.639

Tabla 93. Parámetros elásticos según Sanglerat y Whitlow.

157

Tabla 95. Cálculo del valor medio de la resistencia por punta en cada estrato.

factor de correlación m

min max tipo de suelo

2 7.5 CH,MH

3 10 CI, CL

2 6

3.75 7.5 MI, ML

2 10 OL

2 6 CH,MH

1 2.5 CI,CL

2 5

Estrato Ensayo CPTU Resistencia por punta qc (MPa)

Valor medio por estrato de

qc (MPa)

1 CPTU 2 1.168 1.168

2 CPTU 1 4.779

7.580

2 CPTU 1 12.76

2 CPTU 1 6.88

2 CPTU 2 3.258

2 CPTU 2 8.232

2 CPTU 2 3.216

2 CPTU 3 4.641

2 CPTU 3 17.119

2 CPTU 3 7.337

Tabla 94. Análisis de los valores del módulo de deformación según Sanglerat.

Módulo de deformación E (Mpa) SANGLERAT

ESTR

ATO

1


Valor medio 6.570

Valor mínimo 4.380

Valor máximo 8.760

Desviación 2.529


ESTR

ATO

2


Valor medio 25.184

Valor mínimo 18.951

Valor máximo 42.639

Desviación 10.717


158

Sondeo Profundidad (m) E(Mpa)

S-1

12 18.951

18 42.639

24 42.639

S-2

3 6.570

9 18.951

15 18.951

S-3

9 18.951

15 18.951

24 18.951

S-4

12 18.951

21 18.951

30 18.951

36 18.951

S-5

12 18.951

21 18.951

30 18.951

33 42.639

S-6

3 6.570

15 18.951

30 42.639

39 42.639

Tabla 96. Valores del módulo de elasticidad según Sanglerat en los ensayos SPT.

159

Figura 89. Valores del módulo de elásticidad según Sanglerat en los ensayos SPT.

B.2. Obtención de parámetros elásticos según la ROM

OBTENCIÓN DE PARÁMETROS SEGÚN ROM

Estrato

Sondeo

Profundidad (m)

N SPT

Compacidad Indice de poro

s

Módulo de

deformación

drenado (Mpa)

Coeficiente de

permeabilidad (cm/s)

Ángulo de

rozamiento (º)

Según NSPT

Según ROM

1 S-1

1 2 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

3 0 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

6 7 media media 0.6 15 1.00E-08 25

9 12 media media 0.6 15 1.00E-08 25

0.000 20.000 40.000 60.000

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Módulo de deformación según Sanglerat y Withlow

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

160

S-2

1 10 media media 0.6 1.00E-08 25

3 0 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

6 2 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

S-3

1 2 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

3 0 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

6 3 blanda blanda 0.8 7 1.00E-08 20

S-4

1 11 media media 0.6 1.00E-08 25

3 0 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

6 2 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

S-5

1 5 blanda blanda 0.8 1.00E-08 20

3 0 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

6 2 muy

blanda muy

blanda 1 2 1.00E-08

18

9 8 media media 0.6 15 1.00E-08 25

S-6

1 28 dura densa 0.4 1.00E-08 30

3 4 blanda blanda 0.8 7 1.00E-08 20

6 4 blanda blanda 0.8 7 1.00E-08 20

9 12 media media 0.6 15 1.00E-08 25

Tabla 97. Obtención de parámetros según la ROM para el estrato 1.

2

S-1

12 19 media media 0.25 20 0.001

15 30 compacta densa 0.15 50 0.001

18 38 compacta densa 0.15 50 0.001

21 37 compacta densa 0.15 50 0.001

24 33 compacta densa 0.15 50 0.001

S-2

9 12 media media 0.25 20 0.001

12 18 media media 0.25 20 0.001

15 29 media media 0.25 20 0.001

18 32 compacta densa 0.15 50 0.001

21 33 compacta densa 0.15 50 0.001

24 43 compacta densa 0.15 50 0.001

S-3

9 16 media media 0.25 20 0.001

12 25 media media 0.25 20 0.001

15 29 media media 0.25 20 0.001

18 27 media media 0.25 20 0.001

21 39 compacta densa 0.15 50 0.001

161

24 32 compacta densa 0.15 50 0.001

S-4

9 3 muy suelta muy floja 0.5 5 0.001

12 13 media media 0.25 20 0.001

15 18 media media 0.25 20 0.001

18 21 media media 0.25 20 0.001

21 41 compacta densa 0.15 50 0.001

24 55 compacta densa 0.15 50 0.001

27 60 muy compacta densa 0.15 50 0.001


S-5

12 14 media media 0.25 20 0.001

15 22 media media 0.25 20 0.001

18 25 media media 0.25 20 0.001

21 21 media media 0.25 20 0.001

24 33 compacta densa 0.15 50 0.001

27 34 compacta densa 0.15 50 0.001

30 42 compacta densa 0.15 50 0.001



S-6

12 19 media media 0.25 20 0.001

15 25 media media 0.25 20 0.001

18 29 media media 0.25 20 0.001

21 44 compacta densa 0.15 50 0.001

24 44 compacta densa 0.15 50 0.001



Tabla 98. Obtención de parámetros según la ROM para el estrato 2.

163

Según estudio geotécnico Según ROM

Suelo granular

muy suelta muy floja

suelta floja

media media

compacta densa

muy compacta

Suelo cohesivo

muy blanda muy blanda

blanda blanda

media media

firme dura

dura

Módulo de deformación E (Mpa) ROM

ESTR

ATO

1


Valor medio 5.941

Valor mínimo 2.000


Desviación 5.517


ESTR

ATO

2


Valor medio 16.944

Valor mínimo 5.000


Desviación 15.938


Tabla 92. Correlación de la consistencia entre la ROM y el estudio geotécnico.

Tabla 93. Análsis del módulo de deformación según la ROM.

164

Sondeo Profundidad (m) Módulo de deformación

drenado (Mpa)

S-1

1 2

3 2

6 15

9 15

12 20

15 50

18 50

21 50

24 50

S-2

3 2

6 2

9 20

12 20

15 20

18 50

21 50

24 50

S-3

1 2

3 2

6 7

9 20

12 20

15 20

18 20

21 50

24 50

S-4

3 2

6 2

9 5

12 20

15 20

18 20

21 50

24 50

27 50

30 50

S-5

3 2

6 2

9 15

165

12 20

15 20

18 20

21 20

24 50

27 50

30 50

33 50

36 50

S-6

3 7

6 7

9 15

12 20

15 20

18 20

21 50

24 50

27 50

30 50

Tabla 99. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según la ROM.

166

Figure 90. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según la ROM.

B.3. Obtención de parámetros elásticos según CTE

OBTENCIÓN DE PARÁMETROS ELÁSTICOS Y RESISTENTES SEGÚN LA CTE

Estrato Sondeo Profundidad (m) N SPT PAR. RESISTENTE PAR. ELÁSTICO

qu (KN/m2) E(MN/m^2)

1 S-1

1 2 16.00 1.60

3 0 0.00

6 7 56.00 5.60

9 12 89.33 12.27

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0

5

10

15

20

25

30

35

40

E(MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)

Estimación del módulo de deformación según ROM

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

#REF!

167

S-2

1 10 80.00 8.00

3 0 0.00

6 2 16.00 1.60

S-3

1 2 16.00 1.60

3 0 0.00

6 3 24.00 2.40

S-4

1 11 84.67 10.13

3 0 0.00

6 2 16.00 1.60

S-5

1 5 40.00 4.00

3 0 0.00

6 2 16.00 1.60

9 8 64.00 6.40

S-6

1 28 168.00

3 4 32.00 3.20

6 4 32.00 3.20

9 12 89.33 12.27

2

S-1

12 19 122.00 27.20

15 30 180.00 52.00

18 38 228.00 71.20

21 37 222.00 68.80

24 33 198.00 59.20

S-2

9 12 89.33 12.27

12 18 117.33 25.07

15 29 174.00 49.60

18 32 192.00 56.80

21 33 198.00 59.20

24 43 258.00 83.20

S-3

9 16 108.00 20.80

12 25 108.00 40.00

15 29 174.00 49.60

18 27 162.00 44.80

21 39 234.00 73.60

24 32 192.00 56.80

S-4

9 3 24.00 2.40

12 13 94.00 14.40

15 18 117.33 25.07

18 21 131.33 31.47

21 41 246.00 78.40

24 55 300.00

27 60 300.00

30 72 300.00

168

S-5

12 14 98.67 16.53

15 22 136.00 33.60

18 25 150.00 40.00

21 21 131.33 31.47

24 33 198.00 59.20

27 34 204.00 61.60

30 42 252.00 80.80

33 59 300.00

36 85 300.00

S-6

12 19 122.00 27.20

15 25 150.00 40.00

18 29 174.00 49.60

21 44 264.00 85.60

24 44 264.00 85.60

27 55 300.00

30 85 300.00

Tabla 100. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE.

Color Nº golpes

0-10

11-25.

26-50.

> 50

Tabla 101. Correlación del valor Nspt con un color.

Módulo de deformación E (Mpa) CTE

ESTR

ATO

1


Valor medio 5.031

Valor mínimo 1.600


Desviación 3.922


ESTR

ATO

2


Valor medio 47.443

Valor mínimo 2.400


Desviación 23.035


Tabla 102. Análisis de los valores del módulo de deformación según CTE.

169

Sondeo Profundidad (m) E(MPa)

S-1

1 1.60

6 5.60

9 12.27

12 27.20

15 52.00

18 71.20

21 68.80

24 59.20

S-2

1 8.00

6 1.60

9 12.27

12 25.07

15 49.60

18 56.80

21 59.20

24 83.20

S-3

1 1.60

6 2.40

9 20.80

12 40.00

15 49.60

18 44.80

21 73.60

24 56.80

S-4

1 10.13

6 1.60

9 2.40

12 14.40

15 25.07

18 31.47

21 78.40

S-5

1 4.00

6 1.60

9 6.40

12 16.53

15 33.60

18 40.00

21 31.47

24 59.20

27 61.60

30 80.80

S-6 3 3.20

6 3.20

170

9 12.27

12 27.20

15 40.00

18 49.60

21 85.60

24 85.60

Tabla 103. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE.

Figura 91. Representación del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE.

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

0

5

10

15

20

25

30

35

E (MPa)

Pro

fun

did

ad (

m)


S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

171

B.4 Obtención de parámetros elásticos según GCOC

OBTENCIÓN DE PARÁMETROS SEGÚN GCOC

Estrato

Sondeo

Profundidad (m)

Clasificación ASTM

Descripción del suelo Tipo de suelo

Peso específico seco (KN/m^3)

Cohesión efectiva c'(Kpa)

Ángulo de rozamiento efectivo (º)

Módulo de deformación Ed (Mpa)

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

Valor medio

1 S-2 3 ML Limo baja plasticidad Limo 12 18 0 0 20 35 10 30

S-6 3 ML Limo baja plasticidad Limo 12 18 0 0 20 35 10 30

2

S-1

12 SM Arena limosa Arena-Limo

16 18 0 10 20 30 10 20 15

18 ML Limo baja plasticidad Limo 12 18 0 0 20 35 10 30 20


S-2 9 SW-SM

Arena bien graduada- arena limosa

Arena-Limo

16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15

S-3

9 SW-SM Arena bien graduada-

arena limosa Arena-Limo

16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15

24 SP-SM Arena mal graduada-

arena limosa Arena-Limo

16 18 0 10 20 30 10 20 15

S-4 12 SP-SM

Arena mal graduada- arena limosa

Arena-Limo

16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15

172


16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15

S-5


16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15


16 18 0 10 20 30 10 20 15


S-6


16 18 0 10 20 30 10 20 15



Tabla 104. Parámetros elásticos en función de la GCOC.

173

Sondeo Profundidad (m) Valor medio de E (Mpa)

S-1

12 15

18 20

24 20

S-2

9 15

15 15

S-3

9 15

15 15

24 15

S-4

12 15

21 15

30 15

36 15

S-5

12 15

21 15

30 15

39 20

S- 6

15 15

30 20

39 20

Tabla 105. Valores del módulo de deformación en función de la profundidad según el CTE

175

B.5. Resumen del cálculo de parámetros elásticos en el estrato 1.

Estrato

ROM SANCLERAT GCOC CTE

Módulo de deformación

drenado (Mpa)

Em (MPa) Módulo de deformación Ed

(Mpa) E(MN/m^2)

Valor mínimo Valor máximo Valor mínimo Valor máximo

1 2 2.044 4.088 10 1.60

1 2 2.044 4.088 10 -

1 5.60

1

1 - 8.00

1 2 -

1 2 1.60

1 2 1.60

1 2 -

1 7 2.40

1 -

1 2 -

1 2 1.60

1 - 4.00

1 2 -

1 2 1.60

1 6.40

1 - -

1 7 3.20

1 7 3.20

1

Tabla 106. Valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 1.

176

ROM SANCLERAT GCOC CTE

Módulo de deformación drenado

(Mpa)

Em (MPa) Módulo de deformación

Ed (Mpa) E(MN/m^2)

Valor mínimo

Valor máximo

Valor mínimo

Valor máximo

Número de datos 13.000 4.000 2.000 12.000

Valor medio 3.154 3.066 10.000 3.400

Valor mínimo 2.000 2.044 10.000 1.600

Valor máximo 7.000 4.088 10.000 8.000

Desviación 2.193 1.180 0.000 2.188


0.695 0.385 0.000 0.643

Moda 2 2.044 10 1.60

Mediana 2 3.066 10 2.80

Cuartil 1 (25%) 2 2.044 10 1.60

Cuartil 2 (50%) 2 3.066 10 2.80

Cuartil 3 (75%) 7 4 10 4.40

Percentil 95 7 4.088 10 7.12

media - desviación 0.961 1.886 10.000 1.21

Tabla 107. Análisis de los valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato

1.

B.6 Resumen del cálculo de parámetros elásticos en el estrato 2

Estrato

ROM SANGLERTA Y

WITHLOW

GCOC CTE

Módulo de deformación drenado (Mpa)

Módulo de deformación Ed (Mpa)

E(MN/m^2) E(MN/m^2) Valor mínimo Valor máximo

2 20.00 18.95 10.00 20.00 27.20

2 50.00 42.64 10.00 30.00

2 50.00 42.64 10.00 30.00

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 20.00 18.95 10.00 20.00 12.27

2 20.00 18.95 10.00 20.00 25.07

2 20.00 18.95 10.00 20.00 49.60

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 20.00 18.95 10.00 20.00 20.80

2 20.00 18.95 10.00 20.00 40.00

2 20.00 18.95 10.00 20.00 49.60

177

2 20.00 18.95 10.00 20.00 44.80

2 50.00 42.64 10.00 30.00

2 50.00 18.95 10.00 20.00

2 5.00 42.64 10.00 30.00 2.40

2 20.00 42.64 10.00 30.00 14.40

2 20.00 25.07

2 20.00 31.47

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 20.00 16.53

2 20.00 33.60

2 20.00 40.00

2 20.00 31.47

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 20.00 27.20

2 20.00 40.00

2 20.00 49.60

2 50.00

2 50.00

2 50.00

2 50.00

Tabla 108. Valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato 2.

178

ROM SANGLERTA Y

WITHLOW

GCOC CTE

Módulo de deformación

drenado (Mpa)

Módulo de deformación Ed (Mpa) E(MN/m^2)

E(MN/m^2) Valor mínimo Valor máximo

Número de datos 41.00 19.00 38.00 19.00

Valor medio 35.73 25.18 16.32 30.58

Valor mínimo 5.00 18.95 10.00 2.40

Valor máximo 50.00 42.64 30.00 49.60

Desviación 15.71 10.72 7.14 13.61

Coeficiente de variación 0.44 0.43 0.44 0.44

moda 50.00 18.95 10.00 49.60

mediana 50.00 18.95 15.00 31.47

Cuartil 1 (25%) 20.00 18.95 10.00 22.93

Cuartil 2 (50%) 24.20 33.00 15.00 31.47

Cuartil 3 (75%) 36.20 46.50 20.00 40.00

Percentil 75 36.20 46.50 20.00 40.00

Tabla 109. Análisis de los valores del módulo de deformación según diferentes normas y autores en el estrato

2.

179

ANEXO C. Cálculo de asientos.

C.1. Cálculo del asiento diferencial admisible

CRITERIO DE OBTENCIÓN DEL ASIENTO DIFERENCIAL ADMISIBLE DE UN TANQUE DE ALMACENAMIETO API

Criterio utilizado Expresión del asiento

crítico Valor del asiento

crítico (m)

Akhavan-Zanjani Tanques pequeños D/120 0.2

Tanques de gran tamaño D/145 0.165517241

Norma DIN 4119 Todos los casos D/50 0.48

Journal of the Geotechical Engineering

Lambe y Assoc D/267 0.08988764

Langeveld s <(0.2L^2/HD)Δrtotal

Hoyashi y Guber Δp/l < 1/180

Greenwood s <0.4 0.400

Japanese Fire Defense Agency D/100 0.24

Tabla 110. Asiento límite diferencial establecido por diferentes autores.

Asientos diferenciales considerados en el dimensionamiento y diseño de los tanques de almacenamiento (m)

Akhavan-Zanjani 0.166

Norma DIN 4119 0.480

Japanese Fire Defense Agency

0.24

Asiento mínimo 0.166

Tabla 111. Cálculo del asiento diferencial admisible.

Asiento total admisible

D (m) Diámetro del tanque 24

s (m) Asiento total admisible 0.24

Tabla 112. Cálculo del asiento total admisible.

180

C.2. Cálculo del asiento diferencial y total en el terreno

Dimensiones del tanque

Diámetro D (m) 24

Radio a(m) 12

Altura H(m) 20

Cargas del tanque

densidad del agua q (Kn/m^3) 10

Carga por m^2 q (Kn/m^2) 200

Bulbo de presiones profundidad (m) 36

Profundidad estrato 1 e1 (m) 8

Profundidad estrato 2 e2(m) 7

Profundidad estrato 3 e3(m) 17

Tabla 113. Dimensiones del tanque y cargas aplicadas.

Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3

Modulo de elasticidad E (Mpa) 4 10 20

Coeficiente de poisson v 0.3 0.3 0.3

Espesor (m) 8 7 17

Tabla 114. Características de los diferentes estratos.

181

CÁLCULO DEL ASIENTO EN EL CENTRO DEL TANQUE

ESTRATO 1

profundidad z (m) n coeficiente poisson cálculo intermedio E asigando(Mpa) Asiento según E

asignado (m)

0 0.000 0.3 1.000 4 1.092

1 0.083 0.3 0.975 4 1.064

2 0.167 0.3 0.947 4 1.034

3 0.250 0.3 0.916 4 1.000

4 0.333 0.3 0.884 4 0.965

5 0.417 0.3 0.850 4 0.928

6 0.500 0.3 0.815 4 0.890

7 0.583 0.3 0.781 4 0.853

8 0.667 0.3 0.747 4 0.816

ESTRATO 2

8.00 0.667 0.3 0.75 10 0.326

7.00 0.583 0.3 0.78 10 0.831

8.00 0.667 0.3 0.75 10 0.816

9.00 0.750 0.3 0.71 10 0.802

10.00 0.833 0.3 0.68 10 0.788

11.00 0.917 0.3 0.65 10 0.774

12.00 1.000 0.3 0.62 10 0.762

13.00 1.083 0.3 0.60 10 0.750

14.00 1.167 0.3 0.57 10 0.739

15.00 1.250 0.3 0.55 10 0.728

ESTRATO 3

15.00 1.250 0.3 0.55 20 0.119

16.00 1.333 0.3 0.52 20 1.21

17.00 1.417 0.3 0.50 20 1.21

18.00 1.500 0.3 0.48 20 1.20

19 1.583 0.3 0.46 20 1.20

20 1.667 0.3 0.45 20 1.20

21 1.750 0.3 0.43 20 1.19

22 1.833 0.3 0.41 20 1.19

182

23 1.917 0.3 0.40 20 1.19

24 2.000 0.3 0.39 20 1.18

25 2.083 0.3 0.37 20 1.18

26 2.167 0.3 0.36 20 1.18

27 2.250 0.3 0.35 20 1.18

28 2.333 0.3 0.34 20 1.17

29 2.417 0.3 0.33 20 1.17

36 3.000 0.3 0.27 20 1.16

Tabla 115. Calculo del asiento producido por el tanque en diferentes profundidades de diferentes los estratos.

Estrato

Profundidad (m)

E asignado (Mpa)

Scentro (m)

Incremento Scentro (m)

total incremento centro (m)

Incremento Sborde (m)

total incremento borde (m)

Asiento diferencial

1 0 4 1.092

0.276

0.424

0.176

0.270 0.154

8 4 0.816

2 8 12 0.326

0.088 0.056 15 12 0.728

3 15 25 0.119

0.060 0.038 30 25 1.16

Tabla 116. Cálculo del asiento total y diferencial producido por el tanque.

183

ANEXO D. Mejora del terreno

D.1. Dimensionamiento de las columnas de grava

DIMENSIONAMIENTO COLUMNAS DE GRAVA


S(m) Asientos sin columnas de grava 0.424


Dc (m) Diámetro de la columna de grava 1.25



A/Ac Área total/Área de la columna 7

Ac (m^2) Área de la columna de grava 1.227

A(m^2) Área total 8.590

De (m) diámetro 3.307

s (m) separación 3.150

Tabla 117. Dimensionamiento de las columnas de grava.

D.2. Coeficiente de seguridad de las columnas de grava

Coeficiente de seguridad a rotura de las columnas


h (m) profundidad 6

ϒ(kn/m3) peso específico 13.67

σ (kPa) tensión 82.03


σs(kPa) tensión en el suelo 40.21

f 1.50

kac 0.17


q carga aplicada 82.03

cu resistencia al corte sin drenaje 8.00

ԃ ángulo activo de rankine 75.00

σc máx(kPa) tensión máxima en la columna 1094.50

F Coeficiente de seguridad 3.50

Tabla 118. Cálculo de seguridad a rotura de las columnas.

184

D.3. Cálculo de los parámetros a corto y largo plazo

Parámetros a corto y largo plazo


ρ coeficiente 0.143

coeficiente 0.736

g (kn/m^3) peso especifico grava 18

s (kn/m^3) peso específico suelo 13.67

Φg (º) ángulo de rozamiento grava 45

Φs (º) ángulo de rozamieto suelo 31.68

cu (kpa) resistencia al corte sin drenaje 8

c' (kpa) cohesión efectiva 4.51

Corto plazo

x coeficiente 0.369

cp (KN/m^3) peso específico CP 15.270

Φcp (º) ángulo de rozamiento CP 0.369

Ccp resistencia al corte sin drenaje 5.045

Largo plazo

x coeficiente 0.369

y coeficiente 0.631

Lp (KN/m^3) peso específico LP 15.270

ΦLp (º) ángulo de rozamiento LP 0.759

CLp cohesión efectiva 3.866

Tabla 119. Cálculo de parámetros a largo y corto plazo.

D.4. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe

Asiento Priebe


Sinf(m) Asientos sin columnas de grava 0.424



sc (m) asiento sin corrección 0.24

ϒ(kn/m3) peso específico aparente 3.86

t (m) sendra de drenaje 3.00


(ϒ^t)/σc coeficiente 0.18


1/ft coeficiente obtenido de un ábaco 0.55

sc (m) asiento con corrección 0.132

Tabla 120. Cálculo del asiento corregido mediante Priebe.

185

ANEXO E. Plaxis

E.1 Modelo 1

Figura 92. Geometría del modelo 1.

Figura 93. Mallado del modelo 1.

186

Figura 94. Deformación del terreno en el modelo 1.

Figura 95. Desplazamientos en el terreno modelo 1.

187

E.2 Modelo 2



188



189

E.3 Modelo 3



190



191

E.4 Modelo 4



192



193

E.5 Modelo 5



194



195

E.6 Modelo 6



196



197

PLANOS

Plano 1: Campaña geotécnica realizada en el perfil A-A’

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