Study of the behavior of shallow foundations under dynamic loads in sands through a physical model using artificial vision

Abstract

Diversas estructuras construidas sobre arenas alrededor del mundo, con cimentaciones superficiales has experimentado daños y colapsos durante y después de terremotos. En general existen dos fenómenos que provocan el colapso, el fenómeno de licuación y los efectos P-Δ. Sin embargo, el comportamiento del suelo granular durante la licuación y los efectos P-Δ no está completamente entendido, esto se evidencia por el número de investigaciones en modelos físicos, modelos constitutivos y propuestas de ensayos de laboratorio alrededor de este tema. Algunas preguntas surgen en este punto: (a) el momento cuando ocurre la licuación y (b) la relación entre el momento de licuación y el momento en el que el colapso estructural inicia. Para hacer frente a estos problemas, se creó un modelo físico 1-g compuesto por un oscilador de un grado de libertad (SDOFO por sus siglas en inglés), capaz de transmitir cargas cíclicas al suelo bajo un modo de vibración rotacional. La metodología de medición se basó en visión por computador), usando la librería OpenCV de Python, lo cual permitió un “movimiento libre” del SDOFO. Durante este proyecto, el empleo de la visión artificial mostró una manera exitosa de obtener desplazamientos y tiempos sin sensores localizados directamente en modelos a pequeña escala en investigación geotécnica. Además, un criterio alternativo de posible licuación basado en la evolución del desplazamiento durante los ensayos fue presentado. De acuerdo a los resultados fue posible definir que la relación entre la frecuencia, la amplitud y el número de ciclos requeridos para alcanzar la posible licuación, y el colapso estructural fue inversamente proporcional. (Texto tomado de la fuente)

A lot of structures built on sands around the world, with shallow foundations have experienced damage and overturning during and after earthquakes. Broadly, two phenomena trigger the overturning, the liquefaction phenomenon, and the P-Δ effects. However granular soil behavior during liquefaction and P-Δ effects have not been completely understood; this is shown by the number of investigations in physical models, constitutive models, and laboratory testing proposals about these topics. Some questions appear at this point: (a) the moment when the liquefaction takes place and (b) its relation to the moment when structural overturning begins. To cope with this issue, we created a physical model 1-g composed of a Single Degree of Freedom Oscillator (SDOFO), capable of transmitting cyclic loadings to the soil in a rocking vibration mode. The measurement methodology was based on artificial vision using OpenCV by Python, which allowed “free movement” of the SDOFO. During this project, the artificial vision employed showed a suitable way to obtain displacements and times without sensors located directly in small physical models in geotechnical investigations. Furthermore, an alternative possible liquefaction criterion based on displacement evolution during the tests was presented. According to the results, it was possible to define the relationship between frequency, amplitude, and the number of cycles required to reach the possible liquefaction state, and the structural overturning was inversely proportional.