En este artículo, exploraremos los diferentes métodos de evaluación de Gmax, incluyendo:
- Describir por qué hay que evaluar este parámetro clave
- Explicar el método de ensayo de evaluación estándar
- Explorar los detalles del método de ensayo del Bender Element
- Repasar la configuración típica del Bender Element con un sistema triaxial
- Presentar las ventajas del nuevo sistema Bender Element de Wykeham Farrance
Una de las funciones importantes de un ingeniero geotécnico es predecir el comportamiento del suelo y la interacción de la estructura del suelo resultante de terremotos, explosiones o vibraciones de máquinas y tráfico con el fin de mejorar la seguridad de las infraestructuras construidas.
Y para ello, los ingenieros necesitan realizar un análisis dinámico de baja deformación necesario para diversas aplicaciones geotécnicas. Uno de sus parámetros clave es la evaluación del Módulo Inicial o Máximo de Corte del suelo Gmax, normalmente asociado a niveles de tensión de corte de aproximadamente 0,001% e inferiores.
Método estándar
Normalmente, la forma estándar de evaluar este parámetro es realizar un ensayo de Columna Resonante. Consiste en excitar dinámicamente la parte superior de una muestra de suelo cilíndrica restringida en la base con un motor eléctrico que genera fuerzas de torsión. El modo fundamental de vibración se determina a partir del movimiento máximo; la frecuencia de resonancia, la velocidad de la onda de corte S y el módulo de corte calculado mediante la teoría de la elasticidad. A continuación, se calcula la deformación de corte correspondiente a partir de la amplitud del movimiento.
Hay otra manera...
Gracias a las investigaciones llevadas a cabo por las universidades, la industria de ensayos de Mecánica de Suelos ha desarrollado una solución más fácil, rápida y económica que funciona con un sistema triaxial y mide el Módulo de Corte Máximo el Gmax: el Sistema de Elementos Bender.
¿Qué es un sistema Bender Element?
El sistema Bender Element systemconsiste en un transmisor y un receptor piezocerámicos, que se energizan para producir las ondas de corte a través de la muestra de suelo. El tiempo de propagación de la onda de corte desde el transmisor hasta el receptor se determina mediante un software específico que permite al usuario calcular la velocidad de la onda de corte de forma rápida y sencilla. La aplicación de la teoría sobre la propagación de la onda de corte en un cuerpo elástico indica que el valor del módulo de corte Gmax consiste en un transmisor y un receptor piezocerámicos, que se energizan para producir las ondas de corte a través de la muestra de suelo. El tiempo de propagación de la onda de corte desde el transmisor hasta el receptor se determina mediante un software específico que permite al usuario calcular la velocidad de la onda de corte de forma rápida y sencilla. La aplicación de la teoría sobre la propagación de la onda de corte en un cuerpo elástico indica que el valor del módulo de corte:
Gmax = ρ · Vs²
donde ρ es la densidad de masa de la muestra de suelo.
¿Cómo funcionan los Bender Element piezocerámicos?
El Bender Element piezocerámico es un transductor electromecánico que convierte la energía mecánica (movimiento) en energía eléctrica o a partir de ella.
Un Bender Element está formado por dos finas placas piezocerámicas, unidas rígidamente entre sí, con superficies conductoras entre ellas y en los bordes exteriores.
La polarización del material cerámico de cada placa y las conexiones eléctricas son tales que cuando se aplica una tensión de accionamiento al elemento, una de las placas se alarga y la otra se acorta.
El resultado neto es un desplazamiento de flexión, que es mayor en magnitud que el cambio de longitud en cualquiera de las dos capas.
En otras palabras, cuando el Bender Element es forzado a doblarse, una capa entrará en tensión y la otra en compresión: esto dará lugar a una señal eléctrica, que puede ser medida.
¿Cómo se puede equipar un sistema de Bender Element con un sistema triaxial?
En las aplicaciones de Mecánica del Suelo, los Bender Elements se montan como inserciones, fijadas en el pedestal y la tapa superior de una célula triaxial. Sobresalen del borde de la muestra de suelo y actúan como un voladizo.
Cuando se excita, el elemento Bender se dobla de lado a lado, empujando el suelo en una dirección perpendicular a la longitud del elemento, generando así un gran factor de unión con el suelo.
Esto produce una onda de corte que se propaga en paralelo a la longitud del elemento en la muestra de suelo.
En el otro extremo de la muestra de suelo, otro Bender Element es forzado a doblarse produciendo una señal eléctrica medible.
¿Cómo es el nuevo sistema Bender Element todo en uno de Wykeham Farrance?
Nuestro innovador sistema automático se compone de una única unidad de control de acondicionamiento de la señal maestra, el cerebro del sistema, que incluye:
- un generador de forma de onda
- una interfaz analógica a PC
- un software de osciloscopio virtual
- todos los cables de conexión
Los Bender Element son excitados por un generador de señales de forma de onda (sistema de alimentación y medición). La señal eléctrica de salida se convierte en digital y se transmite al PC a través de una interfaz y se procesa con el software del osciloscopio virtual.
El sistema puede estimar automáticamente el Módulo de Corte Gmax aplicando algoritmos específicos. Además, el usuario también puede evaluar manualmente este parámetro, lo que permite la máxima flexibilidad a la hora de interpretar los datos.
El nuevo sistema, además, permite medir la onda P longitudinal y, en consecuencia, el módulo longitudinal o módulo restringido Mmax
En conclusión, ¿cuáles son las principales ventajas de nuestro nuevo sistema Bender Element?
- Fácil de instalar en un sistema triaxial
- Rápido y económico: un Bender Element System permite estimar el módulo de corte máximo Gmax evitando el uso de equipos más complejos como el Sistema de Columna Resonante
- El nuevo diseño compactado de la unidad de acondicionamiento de señales Master, que incluye un generador de formas de onda, una interfaz analógica a PC y un software de osciloscopio virtual
- Software fácil de usar que permite la estimación automática de Gmax
- Posibilidad de medir la velocidad de las ondas P y el módulo de longitud/restricción Mmax
Si tiene alguna duda o más preguntas sobre el uso y la aplicación del sistema Bender Element, no dude en ponerse en contacto y visitar la página web de Bender Element..
