Accions del document

Oferta d'una beca pre-doctoral pel doctorat d'Enginyeria del Terreny

Comparteix Share
(associada al Projecte "Mètodes de partícules en geomecànica-PARTING" del Ministeri d'Economia i Competitivitat)
Directors del Projecte: Prof. E. Alonso i Dr. N. Pinyol
Directors de la Recerca: Prof. E. Romero i Prof. E. Alonso
Financiació: Sol.licitud beca pre-doctoral del Ministeri (antigues FPI) o de la Generalitat (FI)

Contactar amb eduardo.alonsoarrobaupc.edu o nuria.pinyolupc.edu

DESCRIPCIÓ GENERAL DEL PROJECTE

Es pretén desenvolupar una nova generació de mètodes avançats d'anàlisi geotècnic caracteritzats per representar els sòls o roques mitjançant “punts materials” (el Mètode del Punt Material –MPM) o mitjançant partícules pròpiament dites (el Mètode de l'Element Discret –DEM).
El projecte s'articula en tres àrees diferenciades: MPM, DEM i Validació dels models que es desenvolupen. A l'àrea MPM es planteja la formulació del mètode per materials bifàsics (sòls saturats) i trifàsics (sòls no saturats). El principal objectiu és abordar la fase de transició estàtica-dinàmica dels esllavissaments i la seva posterior propagació. Amb el mètode DEM es vol arribar a models més realistes que els disponibles actualment. En concret, es proposa la simulació de geometries raonablement realistes de la forma de partícules i la implementació de criteris de ruptura amb l'objectiu d'incorporar efectes importants: deformacions diferides, efectes ambientals (humitat relativa) i efectes d'escala (volum de partícules). La validació es centra en diversos aspectes: a) La comparació, davant d'un problema comú que no impliqui grans desplaçaments, de solucions obtingudes amb el Mètode d'Elements Finits i el MPM; b) la posada a punt d'un model a escala de laboratori per a la simulació de la ruptura d'un talús; c) la realització d'assaigs sobre mostres de partícules engrossides, i d) la simulació de casos reals.
Es ressalta que part de la feina es realitzarà en consorci amb les Universitats de Delft (Deltares) i Cambridge (RU) amb objecte de tenir accés a noves aplicacions i desenvolupaments d'interès comú.

PROPOSTES DE RECERCA

DEM_Experimental

La proposta es centra en la validació dels mètodes DEM i en particular en l'assaig de mostres de partícules engrossides sota condicions d'humitat relativa controlada i la visualització, registre en temps real i interpretació dels processos de deformació.

Fases de la recerca:
  • Disseny i construcció d'una cel.la d'assaig.

    Es dissenyarà una cambra d'assaig on es situarà un material tipus grava amb una finestra de vidre transparent d'uns 10 cm de diàmetre. La base superior de la cel.la serà un pistó mòbil que permetrà l'aplicació de càrrega vertical sobre les mostres, per això es farà servir alguna de les premses disponibles al laboratori. A la cambra es forçarà la circulació d'aire amb humitat relativa imposada mitjançant dissolucions salines i es permetrà la saturació de les mostres per inundació. Es tracta de poder visualitzar i registrar amb una càmera digital a través de la finestra de vidre el moviment tant de translació com de rotació de les partícules.

  • Realització d'assaigs i anàlisi de resultats.

    S'assajaran materials granulars de diversa composició mineralògica i amb diferents formes de gra (lloses, arrodonits, amb cares planes). S'estudiarà l'efecte de la càrrega i de la humitat relativa en la deformació de l'esquelet sòlid i en la ruptura dels grans. A partir dels fotogrames i mitjançant tècniques de reconeixement d'imatge es validaran els models numèrics de tipus D.E.M. Per altra banda, s'estudiarà, fent servir el programari adequat (tipus Image Pro Plus), el procés de formació de fissures i ruptura de partícules i es contrastaran aquestes mesures amb les prediccions dels models i els canvis de granulometria mesurats tradicionalment.

MPM_DEM_Experimental

La proposta es centra en la validació del mètode MPM i en particular en la simulació a escala de laboratori d'un talús, la seva ruptura de forma controlada i la visualització, registre en temps real i interpretació del moviment.

Fases de la recerca:
  • Disseny i construcció d'un tanc per assaigs a escala reduïda.

    Es dissenyarà i construirà un tanc amb parets laterals (de l'ordre de 2 m de llarg i 1 m de llarg) de vidre transparent on es situarà un talús de sorra. Aquestes parets verticals estaran separades una distància petita (uns 15 a 20 cm) de manera que els moviments en el tanc siguin fonamentalment bidimensionals. El tanc estarà recolzat en una base recolzable de manera controlada. A la base i una de les parets verticals es situaran toveres que permetran la injecció d'aire o aigua a pressió en el tanc. La generació de pressió d'aire o d'aigua permetrà una fluïdització de la sorra i obtenir desplaçaments importants del peu del talús. Mitjançant una càmera de vídeo capaç de filmar a gran velocitat s'obtindran fotogrames que permetran seguir el moviment de les partícules de sorra. Per altra banda, mitjançant un sensor làser es registraran els moviments de la superfície de la sorra.

  • Realització d'assaigs i anàlisi de resultats.

    L'objectiu dels assaigs serà generar un esllavissament al talús de sorra i realitzar un seguiment tant de l'evolució de la superfície del sòl com del moviment de grans de sorra individuals. Es realitzaran assaigs generant la ruptura per diferents procediments, com ara la càrrega del cap de talús, la injecció d'aire en zones localitzades de la base, l'augment de la inclinació de la base, etc. A partir de les imatges filmades es podran reconstruir els moviments dels grans de sorra i validar els models numèrics basats en el mètode de les partícules.

MPM_Energia_Calor

La proposta es centra en la formulació i desenvolupament de procediments de càlcul que incloguin la generació de calor en bandes de tall i el desenvolupament associat d'increments de pressió intersticial. Els efectes termo-hidro-mecànics s'introdueixen per tal de simular els esllavissaments translacionals ràpids, que són especialment destructors. Alguns dels esllavissaments ràpids ocorreguts s'expliquen per la generació de pressió d'aigua conseqüència de la dilatació de l'aigua, degut a l'increment de temperatura ocasionat per la dissipació en forma de calor del treball friccional generat al llarg de la superfície d'esllavissament. El caso més documentat és l'esllavissament de Vaiont a Itàlia al 1963, però existeixen diversos casos recents a Àsia i Amèrica de catastròfiques conseqüències socio-econòmiques. L'objectiu últim d'aquest apartat és la resolució de problemes termo-hidro-mecànics acoblats aplicats als esllavissaments.

Fases de la recerca:

S'hauran d'identificar, en primer lloc, les dificultats numèriques del problema a resoldre. La banda de tall on es localitzen els processos termo-hidro-mecànics és una zona relativament petita comparat amb les dimensions dels esllavissaments. Això comporta una limitació important pel que fa a la definició de la malla i la modelació precisa de la superfície d'esllavissament i dels processos de generació i dissipació de calor. S'haurà de profunditzar en aquest camp i en les tècniques numèriques disponibles.
Una opció relativament senzilla per obtenir els primers resultats i avaluar els efectes termo-hidro-mecànics és la definició d'una discontinuïtat forta per modelar la superfície de ruptura. La discontinuïtat es definiria mitjançant punts materials que es desplacen durant la solució. La resistència al tall al llarg de la superfície es defineix en funció del desplaçament relatiu i de la tensió normal. La temperatura i pressió d'aigua s'emmagatzema dins les partícules. El treball plàstic generat s'utilitza pel càlcul del terme font de calor que s'introdueix en l'equació d'energia. La formulació acoblada, imprescindible per a poder explicar els fenòmens observats que es pretenen modelar, implica que la nova variable d'estat afectarà la resta d'equacions de govern des del moment que la densitat, el grau de saturació i les fraccions màssiques d'aire variaran amb la temperatura.
La validació es realitzarà prenent alguns problemes teòrics existents en la literatura, comparant-ne els resultats amb simulacions realitzades amb el programa d'elements finits Code_Bright disponible en el Departament i també amb resultats experimentals obtinguts en el laboratori.

MPM_liqüefacció

La proposta aborda un aspecte de gran rellevància pràctica en sòls granulars o molt poc plàstics, saturats i sotmesos a càrrega ràpida o repetitiva (terratrèmols, acció de l'onatge). És un tema àmpliament estudiat en la literatura però, tot i això, poques vegades ha estat enfocat amb l'objectiu d'integrar en un mètode unificat de càlcul la iniciació de la liqüefacció i la posterior propagació o desenvolupament de la ruptura. El MPM té la capacitat d'abordar aquest problema unificat.

Fases de la recerca:
  • Familiarització amb la recerca sobre liqüefacció publicada en revistes de referència. Estudi dels models constitutius desenvolupats (plasticitat generalitzada; models basats en estat crític) i valoració de les seves capacitats i adaptació a la recerca que es proposa. En paral.lel s'estudiarà el programa de MPM disponible i, en particular, la incorporació de models constitutius alternatius als ja instal.lats.
  • Modificació del Programa MPM per a la seva adaptació a l'anàlisi de la liqüefacció. L'adaptació es farà pas a pas i es simularan inicialment assaigs cíclics descrits en la literatura (tall simple o triaxial cíclic). Es disposa també d'assaigs en model físic a escala de laboratori i condicions controlades que suposen el pas següent per a la validació del model desenvolupat.
  • Estudi de dues ruptures, atribuïbles a la liqüefacció de sòls sorrosos-llimosos en sòls del Delta del Llobregat a Barcelona. Les ruptures varen afectar a caixons de formigó que constituïen obres de defensa per fer front a onatge o bé de molls en construcció. Els casos estan raonablement ben documentats i ofereixen la possibilitat de simular l'inici de la ruptura i la seva evolució posterior.
darrera modificació: Setembre 2014

Notícies

Aquest web utilitza cookies pròpies per oferir una millor experiència i servei. En continuar amb la navegació entenem que acceptes la nostra política de cookies.
RSS RSS  Accessibilitat  Avís legal   Departament d'Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica.
© UPC (obriu en una finestra nova) . Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech