Análisis geotécnico de anclas planas para plataformas marinas

Abstract

RESUMEN: El presente Trabajo de Fin de Grado es un estudio englobado en el campo de la geotecnia offshore sobre el comportamiento de anclas planas para aerogeneradores dispuestas en suelos puramente cohesivos (arcilla) y puramente friccionales (arena).

Para elaborar el análisis, se ha realizado un modelado numérico, mediante un software comercial basado en el empleo de elementos finitos, de un ancla plana dispuesta a diferentes profundidades, sobre la cual se aplica un desplazamiento impuesto vertical hasta rotura, que permite la obtención de la fuerza de tiro última.

El comportamiento del ancla en el terreno cohesivo, estudiado mediante el modelo Mohr-Coulomb, se ha analizado planteando arcillas con tres valores de peso específico, uno de ellos ideal de valor nulo y dos con valores de 10 y 20 kN/m3, estudiándose, para el valor de 10 kN/m3, la influencia de la resistencia al corte sin drenaje a través de la aplicación de tres valores representativos y comunes en los estudios de comportamiento de arcillas, cu = 30 kPa, 50 kPa y 70 kPa.

El comportamiento del ancla en terreno puramente friccional se ha estudiado con un modelo más avanzado, denominado Hardening-Soil, en consonancia con estudios de investigación en curso del Grupo de Geotecnia de la Universidad de Cantabria.

En arcillas, a partir de los resultados obtenidos, se ha podido derivar que, a partir de una cierta profundidad, se alcanza un valor asintótico de la fuerza de tiro, mayor cuanto más resistente sea el suelo, y relacionado con la capacidad portante máxima del ancla, Ncγ, máx, valor para el cual se produce el fallo profundo, siendo estos resultados acordes con estudios de otros autores.

En los suelos arenosos, se ha podido demostrar que no se llega a producir este valor asintótico, sino que se produce una ley creciente de la fuerza de tiro necesaria respecto de la profundidad de ubicación del ancla.

ABSTRACT:

The present Final Degree Project is a study within the framework of offshore geotechnics regarding the behaviour of plate anchors for wind turbines arranged in purelycohesive soils (clay) and purely frictional soils (sand).

With the purpose of elaborating the analysis, a numerical model was developed, using a commercial software based on the use of finite elements, for a plate anchor embedded at different depths, on which a vertical displacement was applied until rupture, in order to obtain the ultimate pullout force.

The behaviour of the anchor in the cohesive soil, studied through the Mohr-Colulomb model, was analysed for three different values of clay specific weight, an ideal one of 0 kN/m3 and two more with values of 10 and 20 kN/m3, sudying, for the value of 10 kN/m3, the influence of the undrained shear strength, through the application of three common representative values, su=30 kPa, 50 kPa and 70 kPa.

In the case of sand, the study has been made with a more advanced model, called Hardening-Soil, in line with ongoing research studies developed by the Geotechnics Group of the University of Cantabria.

For clays, an asymptotic value of the pullout force is reached at a certain depth. Obtaining that the higher the resistance of the ground is, the higher the pullout force value will be and this value can be related to the maximum bearing capacity value, Ncγ, máx, for which failure in depth occurs, being this results in agreement with research studies of other authors.

In sandy soils, the behaviour is different: there is not an asymptotic value and, instead, an increasing law of the required pullout force linked to the depth of the anchor location is obtained.