Resumen de Consolidation of soft soils in the presence of band-shaped drains
- español
Esta tesis se centra en el estudio de la consolidación de suelos blandos tratados con drenes verticales prefabricados de banda, comparando datos reales recogidos en un caso de obra (Diques Nº1 y Nº3 del Embalse de Lebrija), con los obtenidos por simulación numérica. La comparación entre estos resultados conduce a la percepción y comprensión de los fenómenos asociados a este tipo de obras, proporcionando de igual modo la posibilidad de intervención en escenarios equivalentes.
Frente a la elevada compresibilidad de los suelos de fundación de estos diques, los mismos fueron tratados con drenes verticales prefabricados de banda y monitorizados desde su construcción, conduciendo a la obtención de datos relevantes sobre de su comportamiento. Posteriormente se validaron los resultados de la monitorización recurriendo a la simulación numérica.
En las simulaciones numéricas se utilizó un programa de elementos finitos reconocido internacionalmente en el seno de la geotecnia, el cual facilita varios modelos de comportamiento para suelos. En el caso de estudio, se aplicaron tres modelos para definir el comportamiento de los suelos blandos de la fundación, concretamente el modelo Mohr-Coulomb, Soft Soil y Soft Soil Creep.
Especial atención recibe el modelo Soft Soil Creep, dado que el mismo permite traducir la fluencia viscosa (creep) de los suelos blandos a muy blandos, habiéndose realizado también un análisis paramétrico del índice de compresibilidad secundario.
El análisis del fenómeno de la consolidación en las zonas tratadas con drenes verticales prefabricados de banda se realiza en el estado plano de deformación (bidimensional -2D), a pesar de que se trata de un problema de naturaleza axisimétrica (tridimensional-3D). Como tal, el sistema espacial de la malla triangular se ha convertido en una pared de drenes verticales paralelos entre sí, siempre garantizando la igualdad del grado de consolidación en ambos sistemas. Se han calculado nuevos coeficientes de permeabilidad horizontal para esta zona, analizándose diversas hipótesis para el diámetro y reducción de la permeabilidad en la zona perturbada alrededor de los drenes (efecto smear).
Con el objetivo de dotar de mayor realismo a las simulaciones numéricas, se incorporó el flujo en estos análisis, consiguiéndose una mejor aproximación entre los resultados numéricos y los datos de la monitorización. Asimismo, tales resultados sólo se alcanzan cuando en los análisis numéricos se integran, además del flujo, la magnitud de la perturbación asociada a la ejecución de los drenes en la zona tratada (efecto smear), la fluencia viscosa (creep) en el comportamiento de los suelos blandos de fundación e índices de compresibilidad secundaria adecuados a los mismos.
De este modo, la confrontación de los datos asociados a un caso real con los resultados numéricos permitió la validación y contraste de los métodos, modelos y parámetros geotécnicos de los suelos blandos de la fundación cuando se tratan con drenes verticales de banda.
- English
This thesis focuses on the study of the consolidation of soft soil with vertical band-shaped drains, comparing real data collected in a case study (Dikes No.1 and No.3 of the Lebrija Pond) with those obtained via numerical simulation. The comparison between these results leads to the perception and understanding of the phenomena associated to these types of work and soils, also providing the possibility of intervention in equivalent scenarios. In view of the high compressibility of the soil foundation of these dikes, they were treated with prefabricated vertical band-shaped drains and monitored since construction, allowing the gathering of relevant data. Later, the monitoring results were confronted with numerical simulations. Finite element software, which is recognized internationally among the geotechnical engineers, is used to this end. This programme offers several soil material models. In the case study, three models were applied to define the behaviour of the soft soil foundation, namely the Mohr-Coulomb, Soft Soil and Soft Soil Creep models. Special attention was paid to the last model, since it allows considering the viscosity (creep) of soft soil. A sensitivity analysis of the secondary compressibility index was also performed. The analysis of the consolidation phenomenon, in the areas where the vertical band-shaped drains are used, is a problem of axisymmetric nature (tridimensional-3D), nevertheless it is performed in the plane strain state (two dimensional-2D). Therefore, the spatial pattern adopted in the design had to be converted into several parallel drainage screens. An equivalent degree of consolidation in both systems must be ensured. New horizontal permeability coefficients for this zone are estimated, according to several hypotheses for the diameter and reduction of the permeability in the disturbed zone around the drains (smear effect). The flow was also incorporated in these analyses, with the purpose of introducing more realism to the numerical simulations, and with this option a better approximation between the numerical results and the monitoring data was achieved. However, a better agreement is only obtained when the numerical analyses include, in addition to the flow, the correct magnitude of the smear effect, the viscosity creep (creep) in the behaviour of the soft soil and appropriate secondary compressibility indexes. Therefore, the confrontation of the monitoring data associated to a real case work, with numerical results allowed for the validation and gauging of methods, models and geotechnical parameters for the soft soil when prefabricated vertical band-shaped drains were used.
