Metodología para la rehabilitación y mantenimiento de obras portuarias (página 2)

En el siguiente gráfico se representa la metodología utilizada de forma general en
la solución de cada proyecto:

Con los resultados obtenidos en el trabajo se
demostró la racionalidad de la modelación matemática
en la revisión de los puertos, siendo de gran significado
práctico el establecimiento de un enfoque único
para su empleo en los
distintos problemas
abordados, permitiendo colocar a Cuba dentro de
los de avanzada en el ámbito mundial en la
temática. Por otro lado se demuestra que es factible con
la aplicación de la modelación matemática, a
partir de la metodología general propuesta, obtener
resultados de gran impacto teórico aplicables con
facilidad en la práctica ingenieril, lo que en realidad
han logrado muy pocos investigadores internacionalmente. Por
último a partir de la valoración de las obras
estudiadas, donde se aplicaron los principales resultados
obtenidos, se demostró la efectividad económica de
los mismos, en comparación con los procedimientos
tradicionales utilizados en el país. Es importante
destacar que la modelación de las pruebas de carga a nivel
de computadora,
permite que en su realización a escala real se
cuente con un pronóstico estimado de su comportamiento
evitando así llevar la prueba de carga hasta la rotura de
la estructura o
la cimentación, lo que inhabilitaría al puerto y su
posible utilización.

Por otra parte el empleo de la modelación espacial de
los puertos (3D), del Método de
los Elementos Finitos (MEF) y de la modelación
matemática en su conjunto, permite obtener un real
comportamiento de los elementos que conforman el muelle, lo que a
través de métodos
tradicionales de análisis y revisión es imposible
realizar. Por esta razón, muelles que analizados por
métodos tradicionales tendrían que ser
reconstruidos o limitar su carga de explotación, a
través del empleo de la modelación
matemática en su análisis, se puede establecer la
verdadera carga resistente del mismo, pudiendo ser explotados sin
ninguna reconstrucción, lo cual esta avalado por los
resultados de las pruebas de carga realizadas "in – situ"

A continuación, a manera de resumen se destacan los
procedimientos y métodos utilizados en cada proyecto,
pudiéndose ampliar en los anexos de los informes
finales de cada uno de ellos:

Proyecto de
estudio de la capacidad de carga del Muelle del Puerto del
Mariel.

Las entidades ASPORT y la Empresa de
Servicios
Portuarios Mariel del MITRANS solicitaron a la ENIA –
Facultad de Construcciones -CIDEM la ejecución de un Ensayo de
Carga a Escala Real para evaluar la capacidad actual de carga de
la cimentación del Atraque No. 8 del Puerto del Mariel. En
dicho atraque se valora la posibilidad de realizar operaciones de
carga y descarga de contenedores con la grúa LHM 400
Litronic. La instalación de este equipo
incrementará la capacidad de manipulación de carga
del puerto y el intercambio comercial con otros países,
pero también incrementará la carga aplicada sobre
dicho atraque y se necesita evaluar si dicho incremento puede ser
soportado por la estructura y la cimentación del
muelle.

Con el objetivo de
evaluar la capacidad resistente de la cimentación sobre
pilotes del muelle del "Puerto del Mariel" se realiza el
proyecto de estudio, partiendo de los siguientes datos:

• 1. Modelación de la carga actuante a nivel de
  cada pilote (Influencia de la rigidez del cabezal,
  espaciamientos y acción de las cargas
  móviles).

• 2. Cálculo de la capacidad resistente del
  pilote aislado (carga de rotura y de carga de trabajo)

• 3. Cálculo de la capacidad resistente por
  métodos basados en la teoría de la plasticidad
  (Métodos estáticos)

• 4. Modelación por Elementos Finitos de la
  capacidad de carga del pilote.

• 5. Chequeo estructural del pilote.

• 6. Cálculo de la capacidad resistente del
  pilote en grupo

• 7. Cálculo de la capacidad de carga del pilote
  bajo la acción de cargas horizontales

• 8. Cálculo de los asentamientos de la
  cimentación:

• 9. Pilotes aislado

• 10. Pilote en grupo

• 11. Estimación del comportamiento de la curva
  de Carga vs. Deformación de la prueba de carga
  estática (Modelación por el MEF).

• 12. Verificación del comportamiento real de la
  curva de Carga vs. Deformación obtenida de la
  prueba de carga, con respecto a la estimada en la
  modelación.

• 13. Conclusiones y recomendaciones sobre la capacidad
  resistente de la cimentación.

Una vez realizada las tareas 1, 2, 3, 4 y 5, y previa visita
al lugar y coordinación con los especialistas de la
ENIA, se establecen algunas recomendaciones sobre el lugar y
características de la prueba de carga estática.
Las tareas 6, 7 y 8 se complementarán con el Ensayo de
Carga a escala real a realizar en el lugar y con los resultados
de la hinca obtenidos en la etapa de construcción de la cimentación.

Finalmente se comprueba de forma definitiva que el muelle y
por tanto sus elementos componentes trabajan de forma espacial lo
que garantiza una redistribución optima de la carga que
coincide desde le punto de vista ingenieril con la
modelación realizada.

Los pilotes fueron comprobados que en todos los casos llegan
al estrato de argilita y que por tanto se puede considerar una
carga resistente de trabajo de 60
T, suficiente para soportar las solicitaciones que trasmite una
(1), Litronic LHM – 400 de 900 T de carga total, trabajando
con una distancia entre ejes de 10.8 m que coinciden con las
vigas carrileras del muelle y que se apoya en cuatro (4) bases de
dimensiones de 5.5 m x 1.8m, distribuyendo una carga de 225 T por
cada apoyo.

A partir de quedar demostrado el trabajo espacial del muelle
la viga cumple satisfactoriamente los estados límites
últimos y el de servicio por
fisuración lo cumple sin gran holgura por lo este aspecto
debe ser controlado a lo largo del tiempo del
período de explotación del muelle.

A partir de trabajo espacial del muelle se comprueba que la
losa puede soportar satisfactoriamente la grúa objeto de
análisis. De todo el trabajo realizado de
modelación y prueba de carga se concluye que es factible
la explotación en el muelle de la grúa Litronic LHM
–400 de 900 T de carga total, trabajando con una distancia
entre ejes de 10.8 m que coinciden con las vigas carrileras del
muelle y que se apoya en cuatro (4) bases de dimensiones de 5.5 m
x 1.8m, distribuyendo una carga de 225 T por cada apoyo.

Proyecto de
estudio de la capacidad de carga del Muelle de Pastelillo.
Camaguey.

En el muelle de pastelillo, por su grado de deterioro y
explotación, se pretende aprovechar su cimentación
en la construcción de un nuevo espigón. Este
será el encargado del trasiego de mercancía del
MINAZ para la región oriental del país. Se decide
determinar la capacidad de carga de la cimentación
existente, y corroborar dicho valor con la
realización de 2 pruebas de cargas. Por la edad de este
muelle se desconocía la longitud real de cada pilote y la
estratificación existente. A través de la
modelación por el Método de los Elementos Finitos
(empleo del Sistema SIGMA/W)
y con el apoyo de investigaciones
ingeniero geológico en el lugar, se desarrolla varios
modelos, que
en función
de la longitud de los pilotes permiten conocer la capacidad de
carga de los mismos. Una vez comprobada la longitud de cada
pilote en las zonas de estudio, se realizan las pruebas de
cargas, teniendo en cuenta las recomendaciones de la
modelación. Para el caso de la prueba número 1
existió coincidencia total entre el modelo y la
prueba, no siendo así para la prueba de carga
número 2, donde se acude a un método gráfico
analítico. Por las condiciones propias del lugar e
inestabilidad de los gatos hidráulicos del ensayo se
detiene la prueba de carga sin alcanzar la carga de rotura real
del pilote. Una vez aplicado el método gráfico
analítico se alcanza la correspondencia entre el modelo y
la prueba de carga. Con estos resultados define la carga de
trabajo de los pilotes aislados de la cimentación y se
estima la capacidad del conjunto.

Diseño del
Muelle de Pastelillo. MINAZ. Camaguey.

Como parte de la etapa de proyecto, se decide reconstruir el
puerto de Pastelillo, introduciendo nuevos pilotes en la
estructura existente y determinar los efectos de la
circulación de un vehículo de transporte
(ferrocarril), totalmente cargado sobre el mismo. A través
de la generación en ordenador de la estructura en tres
dimensiones (3D) se utiliza un modelo interacción suelo estructura,
para determinar la carga actuante en cada pilote de la
cimentación y su capacidad resistente, así como la
redistribución de esfuerzo en cada elemento del muelle.
Para ellos se utiliza los Softwares profesionales STAAD III, para
el caso de la estructura, y el SIGMA/W para la
cimentación. Posteriormente se determina el comportamiento
integral de la estructura, analizando la posible falla de
algún elemento, la transmisión de esfuerzos, hasta
determinar cual es la máxima carga a explotar el muelle.
Se analizan además variantes de carga y descarga en el
muelle, con diferentes materiales y
tipos de locomotoras y vagones.

Estudio del
atraque # 8 del puerto del Mariel para base de la
Compañía petrolera.

En este caso se realiza la modelación por ordenador de
la prueba de carga en el muelle # 8 del Mariel, para determinar
la deformación lateral de la viga de cierre (tablestaca).
Para ello fue necesario generar varios modelos de la geometría del muelle y procesar
estadísticamente las propiedades físico
mecánicas de los suelos del lugar.
Una vez obtenido un modelo calibrado en la
computadora, se estima el comportamiento de la prueba de
carga a realizar, definiendo los escalones de carga y las
deformaciones a obtener, cuidando siempre que no se ponga en
peligro la estructura, pues dejaría de cumplir con su
función estructural actual. Posteriormente, con las
recomendaciones anteriores se realiza la prueba de carga a escala
real y se comprueba la validez o no de la modelación por
computadora. Con estos resultados y los del modelo se pasa a una
fase final donde se calibran los resultados del modelo, lo que
posibilita estimar el comportamiento del muelle para cualquier
valor de carga y en cualquier posición del mismo. Con esta
herramienta computacional, avalada por los resultados de la
prueba de carga se certifica la capacidad resistente de la
tablestaca y las deformaciones que esta puede sufrir en
función del sistema de carga actuante en el muelle.

Estudio de la
capacidad de carga del Atraque No. 8 del Puerto del Mariel para
la manipulación de cargas mayores a 350
T.

Las entidades Registro Cubano
de Buque y la Empresa de
Servicios Portuarios Mariel del MITRANS solicitaron a la oficina
ENIA-CIDEM la ejecución de un Ensayo de Carga a Escala
Real para evaluar la capacidad actual de carga de la
cimentación del Atraque No. 8 del Puerto del Mariel. En
dicho atraque se valora la posibilidad de realizar operaciones de
carga y descarga de maquinaria pesada de más de 350
Toneladas. La manipulación y traslado de esta maquinaria
incrementará la carga aplicada sobre dicho puerto y se
necesita evaluar si dicho incremento puede ser soportado por toda
la estructura y la cimentación del muelle.

En el año 2002 en dicho muelle se realizo un trabajo
similar, en este caso para evaluar la posibilidad de trabajo de
una grúa Litronic de 900 Toneladas. En esa ocasión
se realizó una modelación de la estructura y una
prueba de carga a escala real de 250 toneladas, lo que
permitió obtener un modelo calibrado del muelle y los
estados tensionales en cada uno de los elementos componentes. En
el proyecto que nos ocupa existe una marcada diferencia en cuanto
a la forma de transmisión de la carga al muelle, lo que
puede generar estados tensionales diferentes a los estudiados en
el año 2002.

Tomando en cuenta lo anterior se decidió utilizar los
resultados del estudio precedente, y comprobar si para el nuevo
sistema de carga los estados tensionales generados estaban dentro
del intervalo tensional ya estudiado con el modelo
matemático y la prueba de carga realizada en el trabajo
anterior. Si la respuesta fuera positiva entonces se
podría emplear el modelo calibrado del atraque y sobre el
mismo buscar la respuesta del mismo bajo el nuevo sistema de
carga, y con ello poder
prescindir de la realización de una nueva prueba de
caga.

Proyecto de
estudio de la capacidad resistente del Puerto José
Mercerón. Fabrica de Cemento en Santiago de
Cuba

En este caso se realiza la modelación por ordenador de
la prueba de carga en el muelle de la Fábrica de Cemento,
Santiago de Cuba, para determinar la deformación lateral
de la viga de cierre (tablestaca). Para ello fue necesario
generar varios modelos de la geometría
del muelle y procesar estadísticamente las propiedades
físico mecánicas de los suelos del lugar. Una vez
obtenido un modelo calibrado en la computadora, se estima el
comportamiento de la prueba de carga a realizar, definiendo los
escalones de carga y las deformaciones a obtener, cuidando
siempre que no se ponga en peligro la estructura, pues
dejaría de cumplir con su función estructural
actual. Posteriormente, con las recomendaciones anteriores se
realiza la prueba de carga a escala real y se comprueba la
validez o no de la modelación por computadora. Con estos
resultados y los del modelo se pasa a una fase final donde se
calibran los resultados del modelo, lo que posibilita estimar el
comportamiento del muelle para cualquier valor de carga y en
cualquier posición del mismo. Con esta herramienta
computacional, avalada por los resultados de la prueba de carga
se certifica la capacidad resistente de la tablestaca y las
deformaciones que esta puede sufrir en función del sistema
de carga actuante en el muelle.

Análisis
técnico-económicos de las aplicaciones de los
resultados obtenidos.

Se muestran las principales aplicaciones de los resultados
obtenidos en la revisión y/o diseño
de los puertos estudiados, valorando la influencia de cada una de
las modificaciones introducidas y cuantificando los ahorros
económicos obtenidos.

Desde el punto de vista económico y social con la
aplicación del resultado se logra reutilizar las
instalaciones portuarias existentes y que estaban fuera de
explotación, reactivando el funcionamiento de las mismas y
permitiendo a la economía del país un considerable
ahorro de
recursos, al
activar instalaciones para la importación y exportación de mercancías. Por otra
parte la reconstrucción de estas instalaciones o
construcción de nuevas, requiere de grandes inversiones,
no solo en tecnología por la
complejidad de la construcción, sino por los altos
volúmenes de materiales a utilizar.

En las siete obras estudiadas se demostró la
racionalidad técnica de las propuestas realizadas y su
efectividad económica, la que se resume en la tabla # 1.
Estos costos
están estimados solo en función de los
volúmenes de materiales de construcción (miles de
metros cúbicos) que serían necesario invertir en la
construcción o reconstrucción de estas
instalaciones portuarias.

Tabla # 1. Resultados económicos.
Concepto de
ahorros.

Conclusiones.

Con la culminación de esta investigación, de más de 2
años de trabajo, la presentación de
artículos y la aplicación en problemas reales donde
se recogen los aspectos más importantes que se han
profundizado en la misma, se pueden señalar algunas
conclusiones importantes al respecto:

• 1. Se comprueba la valides de la aplicación de
  la modelación matemática en obras
  geotécnicas,

• 2. Se propone una metodología y criterios
  prácticos para el diseño y/o revisión
  geotécnico de las cimentaciones de los puertos,

• 3. Se estable un procedimiento para determinar las
  solicitaciones en las cimentaciones de los puertos y se
  comprueba la redistribución de esfuerzos,

• 4. Se comprueba la validez de la modelación,
  llegando a recomendaciones prácticas sin la necesidad
  de realizar un gran número de costosas pruebas de
  carga, recurriendo a la modelación por Elementos
  Finitos,

• 5. Con la introducción práctica de los
  resultados de este trabajo, se logra reutilizar las
  instalaciones portuarias existentes en el país bajo un
  nuevo régimen de carga, sin la necesidad de costosas
  inversiones, permitiendo el ahorro a la economía del
  país,en concepto de reutilización de las
  capacidades portuarias existentes.

Bibliografía.

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• 12. Ministerio de Educación. Anteproyecto de
  norma cubana (1989): Cimentaciones sobre pilotes.
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  geotécnico. Ministerio de Educación. Cuba.
  Editorial Pueblo y Educación, 50 p.

• 13. Sowers, G y Sowers F. (1977): Introducción
  a la mecánica de suelo y cimentaciones. La Habana.
  Editorial Pueblo y Educación, 677 p.

Autores:

Dr. Luis O. Ibáñez Mora

Dr. Gilberto Quevedo Sotolongo

Dra. Ana V. González-Cueto Vila

Dr. Carlos A. Recarey Morfa

Dr. Jorge L. Broche Lorenzo

Dr. Domingo Delgado Martínez

Dpto de Ing. Civil. UCLV. Cuba

Universidad Central de Las Villas. Villa Clara.
Santa Clara. Cuba.