Simulación numérica del comportamiento al arrancamiento de estacas con relleno interno

Stivens Sanabria, Aldo Durand, Fernando Saboya

Universidade Estadual Do Norte Fluminense – UENF

Con el avance tecnológico impulsado por el crecimiento de la industria offshore, principalmente para la explotación de petróleo y gas, así también como es el caso del sector energético en las torres de alta tensión que sostienen las líneas de transmisión de energía eléctrica, surge la necesidad de estructuras no convencionales con cimentaciones que sean capaces de resistir esfuerzos de tracción provenientes de las acciones dinámicas del mar y del viento. Las estacas tubulares de acero de punta abierta, últimamente están siendo utilizadas en las cimentaciones de estructuras offshore, como es el caso de los aerogeneradores. La formación del plug tiene influencia en la instalación de las estacas y también en la capacidad de resistencia máxima al arrancamiento. Este trabajo tiene como objetivo encontrar un modelo numérico calibrado para la predicción del comportamiento de la capacidad de resistencia máxima al arrancamiento, para la calibración del modelo serán utilizados los resultados de las estacas que fueron ensayadas a escala reducida en centrifuga geotécnica por NEVES [1], con este modelo calibrado se realizó un retroanálisis numérico para cálculo de los parámetros que están actuando en el modelo y con ellos dar una ley del comportamiento de la fuerza de resistencia máxima al arrancamiento en función de los factores geométricos e geotécnicos. La formación de plug en el clavado de las estacas, depende de diferentes factores, por ejemplo del diámetro de la estaca, tipo de suelo o el método de instalación, el plug de los modelos del estudio experimental no fue formado durante el clavado de la estaca, si no, fue substituido por un relleno interno, considerando diferentes densidades y alturas del relleno interno con el propósito de analizar el efecto de este al arrancamiento. El modelo numérico fue construido para los prototipos con los parámetros geométricos e geotécnicos iniciales obtenidos a partir de los modelos a escala. Los modelos fueron basados en simulaciones numéricas tridimensionales elastoplasticas, con el método de los elementos finitos con el programa computacional ABAQUS, con el modelo constitutivo de Mohr-Coulomb. Encontrado el modelo numérico calibrado se realizaron varias simulaciones computacionales con variación de los parámetros geométricos y geotécnicos, a partir de estos resultados y de los modelos experimentales, se determinaron mediante retroanálisis los módulos de elasticidad del material y ángulos de fricción del contacto estaca-arena que están actuando en cada simulación. Para el cálculo de la resistencia última al arrancamiento de las estacas tubulares de acero de punta abierta con relleno interno, es propuesta una curva que relaciona dos factores los cuales agrupan mediante algoritmos matemáticos los parámetros geométricos e geotécnicos más influyentes en el comportamiento de la estaca al arrancamiento.

Descriptores: análisis elastoplástico, estacas tubulares de acero de punta abierta, relleno interno de estacas.

Referencias

[1] NEVES, D. P., Estudo do Comportamento de Estacas Tubulares Vazadas Submetidas ao Arrancamento, através de Ensaios em Centrífuga Geotécnica. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) 2012, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Campos dos Goytacazes – RJ.