Realidad aumentada, ahora con cajones de arena

Lo llaman “caja de arena de realidad aumentada” (augmented reality sandbox) y antes de comentar nada más, os dejo con los vídeos. El primero muestra cómo funciona el invento y el segundo, la simulación de un vertido (llamarlo “virtual dam failure” me parece un poco exagerado).

 

Según cuenta la página web del proyecto, gracias al hackeo de Héctor Martín han podido aprovechar la cámara 3D del Microsoft Kinect para Xbox para detectar la arena (el terreno), dejando un segundo de desfase para modificar cosas (en el instante 5:30 del segundo vídeo se ve lo que ocurre cuando dejan la mano quieta durante unos segundos). Después han usado un proyector para dibujar el terreno virtual sobre la propia caja, asignando colores a las curvas de nivel, generando finalmente el agua “por imposición de manos” (lo mejor de todo).

Para la simulación numérica han utilizado las ecuaciones de Saint-Venant para aguas someras a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes, utilizando la superficie de arena como condición de contorno, sacrificando algo de exactitud para poder calcularlo en tiempo real por el método de Runge-Kutta sin quemar la tarjeta gráfica (una Nvidia GeForce GTX580). Si tienes interés en saber cómo han resuelto las cuestiones numéricas, aquí tienes más información [pdf – 2,14 Mb].

La simulación no está mal, pero lo interesante de verdad, con mayúsculas y en negrita, INTERESANTE, es que se pueden hacer simulaciones encima de la mesa y a mano alzada, ¿incómodo?, seguramente, pero enormemente útil a efectos didácticos (para demostrar a los alumnos que todas esas cosas raras que estudiamos sirven para algo) y, sobre todo, para enseñarle a la gente por qué y para qué se hacen estas simulaciones, especialmente en el siempre doloroso tema de las inundaciones, que parecemos tontos, oye, todos los años igual.


Manual EPRI de Correlaciones Geotécnicas, un manual para contenerlas a (casi) todas

No descubro nada nuevo si digo que, en general, se abusa de las correlaciones geotécnicas. Ya sea en mecánica de suelos o en mecánica de rocas, al final siempre se encuentra una correlación que nos proporcione el dato que estamos buscando, bien directamente, bien mediante piruetas que harían palidecer de envidia al mismísimo Barón Rojo.

A veces la situación llega a extremos absurdos, como que técnicos que en su disciplina exigen complicados métodos de cálculo, seis decimales y tolerancias imposibles, sean capaces de “despachar” el estudio geotécnico a base de encadenar una correlación tras otra hasta encontrar una relación entre el tamaño del solar y la tensión admisible del terreno… no es broma, hay edificios oficiales calculados así (– ¿Por qué edificios oficiales? – me preguntas, clavando tu pupila en mi pupila. – Ya te lo contaré otro día… y no te acerques tanto, que me pones nervioso –).

Manual EPRI de Correlaciones Geotécnicas

No lo digo yo, lo dice el manual, quitar los puntos y dejar una bonita línea es deshonesto, y tramposo.

Las correlaciones geotécnicas no son buenas ni malas per se, lo son dependiendo del uso que se haga de ellas. Una “estimación” (peligrosa palabra) de las propiedades del terreno, pese a no ser muy exacta por definición, puede ser tremendamente útil en determinadas circunstancias. Por poner sólo algunos ejemplos:

  • Para conocer el intervalo de variación de una propiedad en un determinado material y ver si estamos dentro de los límites (en línea con el Eurocódigo 7).
  • Para tanteos preliminares (eso que llamamos habitualmente “números gordos”) en ubicaciones de difícil acceso o materiales en los que el coste de obtención y análisis de las muestras resulte muy elevado.
  • Para contrastar el resultado, si sospechamos que la muestra está alterada o no es representativa del conjunto, como ya comenté en el tema de la resistencia a esfuerzo cortante.
  • … (a rellenar con sentido común) …

Así, a grandes rasgos se podría decir que el uso de datos obtenidos de correlaciones es más o menos correcto dependiendo de:

  • El mayor o menor conocimiento que se tenga de la materia (el famoso efecto “Manolete, si no sabes torear pa’ qué te metes”).
  • La trascendencia y responsabilidad de lo que vayamos a calcular con esos datos (mucho cuidado con lo que se firma, que el papel es muy sufrido).
  • La normativa existente (recuerdo una vez más que, en España, el Código Técnico de la Edificación obliga a hacer un estudio geotécnico con ensayos de campo y laboratorio en función del tipo de terreno encontrado).

Tenía que decirlo, sé que no sirve para nada, que basta con hacer pinchazos, la culpa es del suelo y las cosas se caen porque llueve… pero tenía que decirlo (de la obra pública no digo nada, con las filtraciones de la ministra ya hay bastante).

Manual EPRI de correlaciones geotécnicas

El texto de hoy se titula “Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design“, o sea, “Manual para estimar propiedades del suelo para el diseño de cimentaciones“. Editado por el “Electric Power Research Institute“, sus autores son F. H. Kulhawy y P. W. Mayne (también autor del manual FHWA de caracterización geotécnica). Está enfocado a cimentaciones de instalaciones eléctricas de pequeña entidad. Es de 1990, tiene 308 páginas y cuenta con muchas, muchísimas correlaciones geotécnicas.

 

Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design

Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design (pdf – 9,13 MB)

 

Por supuesto, las correlaciones geotécnicas también son muy útiles para engañar al cliente y no hacer los ensayos requeridos, como intentaba hacer el “experimentado” Director ¿Técnico? de un famoso (y acreditado) laboratorio con el que he tratado esta semana, que quería convencerme de que “para calcular un coeficiente de consolidación lo mejor es hacer SPT“.

Evidentemente, era una excusa para no hacer edómetros. ¿Por qué no sabía hacerlos?, ¿por qué no sabía interpretarlos?, ¿por qué no sabía de qué narices le estaba hablando?, ¿todo a la vez?, a saber.

¿Cuántas veces le habrá salido bien la jugada?, muchas, me temo, dada su inmerecida fama.

Muros de tierra armada a escala reducida. GeoWall 2012

En casi todas las disciplinas (y el casi va por las matemáticas) se hacen modelos y ensayos a escala reducida. A nivel académico, lo más habitual son las estructuras con papel, aunque también se hacen puentes con espaguetis (y muy resistentes, además), así que… ¿por qué no hacer un modelo reducido de un muro de tierra armada con papel?

Muro de tierra armada, GeoWall 2012

un muro de tierra armada de papel en un estado límite último

Los primeros modelos reducidos son geotécnicos. Ya desde el colegio aprehendemos los conceptos de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad… la arcilla es plástica y hay un margen de humedad en el que se puede modelar, la arena es granular y no se puede, punto, mecánica de suelos en estado puro. El concepto, la base, el cimiento…

El resultado final de ese primer modelo no es ninguna maravilla, suele ser un cenicero o un adorno con unos dedos marcados que hace babear a los progenitores y abuelos del artista, ignorantes ellos de que lo importante no es el objeto, sino la experiencia, marcada en la memoria, “barro primigenio”.

Lamentablemente, todos esos conocimientos geotécnicos se pierden como lágrimas en la lluvia con la edad y pronto otros juguetes ocupan el lugar de la geotecnia… salvo que participes en competiciones como el GeoChallenge del ASCE.

La prueba consta de tres fases:

  • GeoPrediction. Se trata de un problema teórico sobre el comportamiento de un suelo, premiado con el trofeo Círculo de Mohr. Este año era un problema de asientos de consolidación. Si quieres intentarlo, aquí tienes las normas, el enunciado, las columnas, los ensayos de campo (SPT al 60%, CPTu) y los listados de los ensayos de laboratorio (edómetros, mayormente).
  • GeoPoster. Es un póster con los resultados de un trabajo, en la línea de lo que hablaba el otro día sobre la presentación de datos técnicos (más info).
  • GeoWall. La prueba más interesante. Consiste en hacer un modelo a escala de un muro de tierra armada (mechanically stabilized earth, MSE) con papel, repito, con papel. El muro debe soportar una carga vertical y otra lateral (especificaciones). Al equipo ganador le dan el Trofeo Atterberg, en forma de cuchara de Casagrande (si no sabes quién fue Atterberg ya tardas en pulsar).

El GeoChallenge 2012 se ha celebrado en el GeoCongress 2012 de Oakland, California, los días 25, 26 y 27 de marzo de 2012. Han participado equipos de 17 universidades. El GeoWall lo ha ganado el equipo de Cal Poly Pomona.

A continuación, el vídeo oficial del evento:

 

Y ahora un vídeo triunfal del making of, hecho por el equipo ganador, en el que se puede ver muy bien cómo funciona un muro de tierra armada y qué parte del terreno participa realmente de la rotura.

Visto en GeoPrac.


Estabilidad de taludes en diques. Un ensayo a escala real en Holanda

Las cargas en coronación y la estabilidad de taludes no se llevan bien. Todos sabemos que no se deben colocar cargas en la coronación de un talud o al borde de una excavación… y todos sabemos que se colocan. A veces se trata del propio terreno excavado (“es que llevarlo más lejos es muy incómodo”) y otras de material acopiado (“es que tenerlo cerca es más cómodo”), pero la cuestión es que se hace.

Si hay un país preocupado por la estabilidad de taludes es Holanda. No tiene montañas, cierto, la máxima altura es de 321 msnm, pero tiene diques, muchísimos, y los diques tienen taludes, uno a cada lado.

La denominación oficial de Holanda es Países Bajos, y el nombre no se queda corto, son tan bajos que la viabilidad del 50% del territorio depende de su sistema de diques. La última vez que fallaron, en 1953, hubo más de 1.800 muertos y 70.000 evacuados, dando origen al ambicioso Plan Delta.

Visto lo anterior no resulta extraño que:

  1. La Universidad Técnica de Delft sea muy buena en geotecnia de suelos blandos
  2. Existan “fórmulas holandesas” para muchos ensayos de penetración
  3. Hayan creado un programa de elementos finitos para geotecnia, como el PLAXIS
  4. Tengan un campo de pruebas a escala real para estudiar y controlar la estabilidad de los diques, llamado IJkdijk (de ijken=calibrar y dijk=dique)
Estabilidad de taludes. Vista aérea del dique a escala real de IJkdijk

Pulsa sobre la imagen para ver mejor el dique antes de la rotura (Fuente: Siemens)

Como se suele decir, “en casa del herrero, cuchillo de palo”, ni siquiera los holandeses se libran de tener una torre inclinada por un fallo de cimentación, como es la torre inclinada Oude Kerk, en Delft, pero hoy quiero tratar el tema de los diques, porque, ¿qué se hace con un dique de pruebas? pues probarlo, evidentemente, ¿y cómo se prueba? pues creando una situación lo más parecida posible al caso real… y llevándolo al límite, en este caso, mediante cargas en coronación del talud, contenedores llenos de agua, más exactamente.

Estabilidad de taludes. Sección transversal del dique de pruebas de IJkdijk

El dique de la figura tiene (o tenía) 100 m de longitud, 30 m de anchura, 6 m de altura, núcleo de arena y espaldones de arcilla (1:1,5 y 1:2,5). El esquema del ensayo es muy simple, colocaron sensores por todas partes (inclinómetros, células, cámaras, GPS, LIDAR, infarrojos, etc), luego “jugaron” con los niveles piezométricos hasta alcanzar la situación más parecida a la realidad… y después llenaron de agua los contenedores de la parte superior.

La rotura se produjo el sábado 27 de septiembre de 2008, a las 16:02, hora local, y durante 42 horas grabaron más de 1 TB de información.

Estabilidad de taludes. Detalle del dique de IJkdijk, tras la rotura del talud

Pulsa sobre la imagen para ver mejor el dique después de la rotura (Fuente: Siemens)

Por cierto, el campo de pruebas está tan pegado a la frontera que si el dique hubiera caído un poco más lejos habrían tenido un conflicto internacional con Alemania (es broma… hay casi 50 metros de distancia, por lo menos).

La idea de esta entrada vino al ver el vídeo en The Landslide Blog.


Manual de caracterización geotécnica FHWA NHI-01-031

Tenía pendiente hablar por aquí de este interesante “manual de caracterización geotécnica”, el Manual on Subsurface Investigations: Geotechnical Site Characterization, editado por el National Highway Institute de la Federal Highway Administration de los EE. UU. (código completo FHWA NHI-01-031), carencia que corrijo de forma inmediata.

El manual forma parte de un curso oficial de ingeniería geotécnica y cimentaciones, y cuenta con un índice muy completo: geofísica, ensayos de campo (SPT, CPT, CPTu, vane, dilatómetro, presiómetro), ensayos de laboratorio en rocas (brasileño, corte directo, durabilidad, slake), ensayos de laboratorio en suelos (triaxial, corte directo, compresión simple) y una sección muy completa sobre la interpretación de resultados teniendo en cuenta la influencia del OCR, modelos de estado crítico, etc.

Personalmente, me gustan mucho las figuras y las gráficas de este texto (en color, además). Destacaría dos tipos de gráficas, especialmente: las que muestran cómo varían las propiedades según el tipo de terreno; y las de correlaciones, que incluyen los valores reales junto a las curvas de ajuste, un detalle del que deberían aprender muchos libros.

Resumiendo, un texto muy bueno, que todavía me gustaría más si no tuviera los títulos y las gráficas en un peculiar tipo de letra… si, lo habéis adivinado, ¡¡ Comic Sans !!

Manual on Subsurface Investigations: Geotechnical Site Characterization (pdf – 16 MB)

(Hay un error en la página 10.27, la página correcta está aquí)

Por cierto, el primer autor, Paul W. Mayne, también es de los que opina que habría que jubilar ya el polivalente y correlacionable ensayo SPT

Ensayo SPT, ¿basta con un número para tenerlo todo?

Ensayo SPT, ¿permite obtener cualquier parámetro del suelo?

Recuerdo que en el blog están disponibles las Geotechnical Engineering Circulars del FHWA, incluyendo las dos últimas, sobre pilotes perforados, y sobre muros de tierra armada y suelo reforzado.