Las tablestacas de ArcelorMittal protegen de las inundaciones

Explorando soluciones económicas e innovadoras para la seguridad

Los Países Bajos están situados a nivel o por debajo del nivel del mar, y por lo tanto protegidos de este por dique y dunas. Estos refuerzos se instalaron hace décadas para evitar que el país se inundara. Debido a exigencias de seguridad más estrictas y cargas más elevadas, un tercio de los diques del país ya no cumplen con los requisitos necesarios.
Una de las causas más comunes es la “macro inestabilidad”. Puede ocurrir cuando un nivel alto de agua presiona contra el dique o muro de contención. Lo que causa es saturación del terreno y, por lo tanto, pérdida de estabilidad, lo que provoca que grandes zonas de la parte principal del dique se deslicen.

Cuando falta espacio debido al cultivo alrededor del dique, se utilizan refuerzos para evitar la macro inestabilidad. Los diques con muros de tablestacas de acero son muy resistentes y no hacen falta ensancharlos y por lo tanto no habrá protestas de los residentes y procedimientos judiciales prolongados.

Cara al desafío holandés de seguridad, en los últimos años ha surgido la necesidad de reducir costes. El gobierno está trabajando para encontrar soluciones innovadoras que permitan estos ahorros.

Formando parte del equipo del estudio gubernamental

Para investigar cómo se pueden optimizar las normas de diseño para tablestacas, el gobierno decidió financiar una serie de ensayos de diques en Eemdijk, en la provincia de Utrecht.

Los ensayos estaban enfocados a conocer mejor la interacción entre el terreno y las tablestacas de acero. Un equipo de ArcelorMittal Projects, ArcelorMittal Sheet Piling, y el departamento de I+D participaron en el proceso de diseño. ArcelorMittal también proporcionó tablestacas tipo GU8N y AZ26-700 para las pruebas, que se fabricaron en las plantas de ArcelorMittal en Dabrowa, Polonia, y Belval, Luxemburgo.

La elección de la sección de las tablestacas en combinación con la calidad del acero fue la clave para un ensayo exitoso. Todas las dimensiones de las tablestacas se probaron exhaustivamente para asegurar una documentación precisa de sus propiedades. Además, se realizaron ensayos de tracción adicionales para determinar las características mecánicas exactas.

Este programa de ensayos formó parte del proyecto “Exploración del Excedente  de Macro Estabilidad (Transcending Exploration Macro stability - POV-M*) realizado en el marco del programa de “Protección contra Inundaciones” (Flood Protection Program - HWBP)**. Los ensayos incluso llamaron la atención a nivel internacional, desde el Cuerpo de Ingenieros de la US Army a delegados de Corea del Sur y China.

*Los ensayos de tablestacas se realizaron en colaboración con Waterboard Vallei & Veluwe, Deltares, Witteveen+Bos, Fugro, y ArcelorMittal.
**Una colaboración entre el Rijkswaterstaat (el Ministerio de Infraestructura y Medioambiente) y los Consejos de Aguas.

Configuración y procedimiento de los ensayos

En el lugar de los ensayos en Eemdijk, se construyó un dique ovalado de 5 m de altura, 60 m de largo y 40 m de ancho en un periodo de 6 meses. Se instaló un equipo de medición que solo se usó para este experimento y que ayudó a conocer mejor la interacción entre el terreno y la estructura. Al finalizar los ensayos el dique será completamente desmontado. En total se realizaron 3 ensayos con nuestras tablestacas.  

Ensayo a gran escala del “Dique Verde”: esta parte del dique se construyó con un núcleo de arena y una capa exterior de arcilla. Se aumentó lentamente el nivel de las aguas subterráneas dentro del núcleo de arena a +2,80m, momento en el que ocurrió el deslizamiento y el dique colapsó. Este ensayo actuó como medición tendencial usada como referencia en el ensayo final.

Ensayo “Pull over”: Se instalaron cuatro configuraciones diferentes de tablestacas a 14 m de profundidad, posteriormente tensadas con un cilindro hidráulico. El objetivo fue averiguar a qué nivel de carga (con un máximo de 100 toneladas para AZ 26-700) y con qué deformación el muro de tablestacas colapsaría. Adicionalmente, las cuatro configuraciones diferentes permitieron ver las diferencias en el comportamiento de un muro continuo y paneles sueltos entre los comportamientos elásticos y plásticos de las tablestacas.

Ensayo a gran escala “Dique Azul”: esta parte del dique se construyó de manera parecida al “Dique Verde” aparte del refuerzo que consistió en más de 60 metros con tablestacas GU8N. Estas tablestacas se colocaron en tripletes y escalonadas con largos diferentes entre 18 y 9 metros. El ensayo fue una combinación de los ensayos descritos anteriormente y el ensayo principal de esta investigación.

Se excavó un foso de 2 metros en el fondo del “Dique Azul”. Se elevó el nivel de las aguas subterráneas en el cuerpo del dique y con el tiempo se lenó la cuenca de agua detrás del dique. Esto llevó a un nivel del agua en la cima del dique situado a + 5 metros. Adicionalmente se colocaron siete contenedores con agua en la parte superior del dique, creando una carga extra de unas 40 toneladas por contenedor. A pesar de estas elevadísimas cargas, el dique reforzado con tablestacas no cedió.

Por infiltración en el lado del dique con tierra y al bajar el nivel de agua en el foso, el dique al final colapsó. Dos millones de litros de agua se derramaron de la cuenca de agua sobre el terreno detrás del dique, destacando de esta manera el éxito del ensayo.

Un 20-30% menos de acero

El dique, reforzado con tablestacas, finalmente colapsó, pero lo hizo solo después de que se aplicara una carga extrema sobre él. Sin su colapso, el ensayo hubiera tenido menos éxito.

Los resultados de los diferentes ensayos estaban en consonancia con las predicciones realistas que son aun más favorables que las normas actuales de cálculo. La conclusión es que los diques o muros de contención realizados con tablestacas de acero son especialmente resistentes y presentan una solución práctica para los refuerzos de diques.

Los proyectos existentes de refuerzo de diques están costando un promedio de 15 millones de euros por kilómetro de dique. Se estima que, con las actualizadas normas de cálculo, se puede ahorrar de un 20 a un 30% del acero en nuevos proyectos. Con esta reducción de costes se prevé que la cuota de mercado de esta “innovadora” solución con tablestacas se incrementará en los futuros proyectos de refuerzo de diques.

Texto: ArcelorMittal Europe Communication

Creditos: © POV Macrostabiliteit