Modelado centrífugo geotécnico
El modelado de centrífugas geotécnicas es una técnica para probar modelos a escala física de sistemas de ingeniería geotécnica , como pendientes naturales y artificiales, estructuras de contención de tierra y cimientos de edificios o puentes. [1]
El modelo a escala generalmente se construye en el laboratorio y luego se carga en el extremo de la centrífuga , que generalmente tiene un radio de entre 0,2 y 10 metros (0,7 y 32,8 pies). El propósito de hacer girar los modelos en la centrífuga es aumentar las fuerzas g en el modelo para que las tensiones en el modelo sean iguales a las tensiones en el prototipo. Por ejemplo, la tensión debajo de una capa de suelo modelo de 0,1 metros de profundidad (0,3 pies) girada a una aceleración centrífuga de 50 g produce tensiones equivalentes a las que se encuentran debajo de una capa prototipo de suelo de 5 metros de profundidad (16 pies) en la tierra. gravedad _
La idea de utilizar la aceleración centrífuga para simular una mayor aceleración gravitacional fue propuesta por primera vez por Phillips (1869). [2] Pokrovsky y Fedorov (1936) [3] en la Unión Soviética y Bucky (1931) [4] en los Estados Unidos fueron los primeros en implementar la idea. Andrew N. Schofield (por ejemplo, Schofield 1980) [5] desempeñó un papel clave en el desarrollo moderno del modelado de centrífugas.
Una centrífuga geotécnica se utiliza para probar modelos de problemas geotécnicos como la resistencia, rigidez y capacidad de los cimientos de puentes y edificios, asentamiento de terraplenes, [6] estabilidad de taludes, estructuras de retención de tierra, [7] estabilidad de túneles y diques. Otras aplicaciones incluyen cráteres explosivos, [8] migración de contaminantes en aguas subterráneas, levantamiento de escarcha y hielo marino. La centrífuga puede ser útil para el modelado a escala de cualquier problema no lineal a gran escala en el que la gravedad sea una fuerza impulsora principal.
Los materiales geotécnicos como el suelo y la roca tienen propiedades mecánicas no lineales que dependen de la tensión de confinamiento efectiva y del historial de tensiones. La centrífuga aplica una mayor aceleración "gravitacional" a los modelos físicos para producir tensiones de peso propio idénticas en el modelo y el prototipo. La escala de tensión uno a uno mejora la similitud de los modelos geotécnicos y hace posible obtener datos precisos para ayudar a resolver problemas complejos como la licuefacción inducida por terremotos , la interacción suelo-estructura y el transporte subterráneo de contaminantes como líquidos densos en fase no acuosa. . Las pruebas de modelos de centrífugas proporcionan datos para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos básicos de deformación y falla y proporcionan puntos de referencia útiles para la verificación demodelos numéricos .
Tenga en cuenta que en este artículo, el asterisco en cualquier cantidad representa el factor de escala para esa cantidad. Por ejemplo, en , el subíndice m representa "modelo" y el subíndice p representa "prototipo" y representa el factor de escala para la cantidad . [9]
