Estudio de viabilidad de cajones marítimos con hormigón con fibras

En este TFM se estudia la viabilidad de sustituir la armadura pasiva por fibras metálicas o plásticas en cajones para obras portuarias. Para ello, en primer lugar, se estudia el procedimiento constructivo de un cajón y las propiedades de los hormigones con fibras. Una vez analizado el estado del conocimiento se procede a escoger un cajón representativo, ya construido con armadura pasiva. El cajón escogido es el cajón tipo 3 del dique este del puerto de Castellón. Este cajón tiene una longitud de 41.27 m, un ancho de 23.85m y su altura total es de 17.50 m. El cajón se analiza mediante un modelo de cálculo 3D con elementos finitos, desarrollado con SAP2000, que permite obtener los esfuerzos. A partir de estos esfuerzos se comprueba si es viable la sustitución de la armadura pasiva en los tabiques, tanto interiores como exteriores, evaluando los flectores y cortantes últimos (ELU) del hormigón con fibras, obteniéndose el valor necesario de fR3k . Se determina también la fisuración en Estado Límite de Servicio para, a partir de una abertura de fisura de 0,2 mm, obtener el valor necesario de fR1k. Este proceso se realiza primero para un cajón con celdas cuadradas, después para un cajón de mismas dimensiones interiores y exteriores pero con celdas circulares y por último para un cajón con celdas circulares con las mismas dimensiones exteriores pero con el interior optimizado para disminuir el volumen de hormigón necesario. En el caso en que los esfuerzos exijan resistencias a la flexotracción y, en consecuencia, cuantías por encima de las razonables, como sucede en cajones con celdas rectangulares, se procede al incremento de los espesores y a la evaluación de dimensiones de cartelas. También se ha diferenciado entre cajones destinados a diques y cajones destinados a muelles al estar solicitados por acciones distintas. Igualmente se ha estudiado la posibilidad de utilizar hormigón con fibras plásticas, las cuales desarrollan valores de fR1k y fR3k máximos cercanos a los que desarrollan las cuantías mínimas de fibras de acero. Finalmente se realiza una comparación de mediciones y de presupuesto de las diferentes soluciones planteadas, a partir de precios reales de mano de obra y materiales. De todo el estudio se extraen conclusiones que permiten afrontar el diseño de estos elementos sin armadura convencional. This Master Thesis studies the feasibility of replacing the conventional reinforcement by steel or plastic fibers in maritime caissons. Firstly, a literature review on the constructive procedure of a caisson and the properties of fiber reinforced concrete is developed. Then, a representative caisson, already constructed with conventional reinforcement, is chosen. The caisson breakwater chosen is the type 3 of project for the east breakwater of the port of Castellón. This caisson has a length of 41.27 m, a width of 23.85 m and a total height of 17.50 m. The caisson has been analyzed by a 3D finite element model developed with SAP2000, to obtain the internal forces. From this internal forces, it is possible to verify if the substitution of the conventional reinforcement is feasible, evaluating both the ultimate limit strength (ULS) of the fiber concrete in bending and shear, where the necessary value of fR3k is obtained. Cracking is also determined in Service Limit State (SLS) to obtain the required value of fR1k from a crack width of 0.2 mm. This process is done first for the caisson with square cells, then for the caisson of the same internal and external dimensions but with circular cells and finally for a caisson with circular cells with the same exterior but with the interior optimized to decrease the volume of concrete required. If the required ultimate tensile strength of the concrete, and hence, the amount of fibers, are larger than the usual ones, as for instance for caissons with rectangular cells, an increase of the depths of the walls or the use of gussets are studied. In addition, as the loads for caissons for breakwaters and the ones used for docks are different, both have been studied. Moreover, the study includes the possibility of using plastic fiber reinforced concrete, which develops maximum values of fR1k y fR3k close to those developed with the minimum amount of steel fibers. Finally, the amount of materials and the cost are compared for the different solutions, based on real prices of labor and materials. Conclusions on the feasibility of designing maritime caissons with plastic and steel fiber reinforced concrete are included.