Die Universiteit van Pretoria onthul 'n navorsingsfasiliteit vir Siviele Ingenieurswese

Geotegniese Sentrifuge

Prof Cheryl de la Rey het gesê dat die montering van die geotegniese sentrifuge ’n aanduiding is van die Universiteit van Pretoria se verbintenis tot sy visie om ’n navorsingsintensiewe instelling te word, soos uiteengesit in die Universiteit se langtermyn- strategiese plan (UP 2025).

Prof De la Rey het verder bygevoeg dat om ’n navorsingsintensiewe universiteit te wees ook behels dat die Universiteit verseker dat sy graduandi, veral op die gebied van siviele ingenieurswese, beide plaaslik en internasionaal in groot aanvraag is.

Professore Elsabe Kearsley en Schalk Jacobsz van die Departement Siviele Ingenieurswese het ’n geslaagde aansoek by die Navorsingsinfrastruktuur-ondersteuningsprogram (RISP) van die Nasionale Navorsingstigting (NNS) ingedien om befondsing vir die aanskaffing van ’n geotegniese sentrifuge te verkry. Die Universiteit van Pretoria het ook tot die koste van die toerusting bygedra.

’n Geotegniese sentrifuge word gebruik om modelstudies van geotegniese probleme uit te voer. Die doel daarvan is om kleinskaalse grondmodelle na hoë versnellings te versnel ten einde ’n realistiese spanningsverspreiding, wat met die volskaalsituasie ooreenstem, binne die model te verkry. ’n Model met ’n skaal van 1:50 moet byvoorbeeld tot 50 keer die aarde se swaartekrag, of 50G, versnel word. Dit is nodig omdat realistiese grondgedrag slegs teen die korrekte spanningsvlak in die model sal voorkom.

Die sentrifuge sal gebruik word vir die modellering van grondstruktuur-interaksieprobleme wat nie maklik met behulp van rekenaarmodelle gesimuleer kan word nie. Dergelike probleme kom algemeen op die gebied van siviele ingenieurswese voor. ’n Goeie voorbeeld hiervan is die studie van dolomitiese sinkgate – ’n probleem wat dikwels suid van Pretoria en aan die Wes-Rand voorkom. ’n Navorsingsprogram word tans ontwikkel om ondersoek in te stel na maniere waarop realistiese sinkgate in die sentrifuge geskep kan word ten einde die uitwerking van die sinkgate op verskillende soorte fondamente en strukture te kan bestudeer. Daar bestaan ook ’n moontlikheid dat metodes vir die rehabilitasie van sinkgate bestudeer sal kan word. Nuwe sinkgate verskyn gereeld in die omgewing van Centurion en moet ter wille van openbare veiligheid vinnig opgevul word.

Die Departement Siviele Ingenieurswese het seismiese ondersoektegnieke ontwikkel om kleinspanningstyfheid in grond te meet deur van seismiese metodes gebruik te maak. Dié metodes word tans gereeld deur talle raadgewende ingenieurs gebruik wanneer hulle fondamente ontwerp. Daar bestaan egter vrae rondom die toepassing van die kleinspanningstyfheid by die bepaling van die korrekte saamdrukbaarheid wat gebruik moet word wanneer die afsakking van ’n fondament bereken word. Daar is so pas begin met ’n projek om die plasing en laai van ’n fondament in die sentrifuge te modelleer, waartydens die kleinspanningstyfheid en die afsakking van die fondament in die model gemeet sal word ten einde dié vrae te kan beantwoord.

Stedelike watertoevoerstelsels maak dikwels van ondergrondse dunwandige pyplyne met ’n groot deursnee gebruik. Verdere navorsing moet ook onderneem word in verband met die stabiliteit van sulke pype wat in vore of opgevulde walle begrawe is. ’n Navorsingsprojek waaraan tans gewerk word, stel ondersoek in na die vervorming van dergelike pyplyne as gevolg van die gewig van die grond wat daarop rus en hoe dit die stabiliteit van die pypstelsel beïnvloed.

Gedurende die konstruksie van die Gautrain-oorbrug by Centurion is grootskaalse oorladingstoetse uitgevoer om die saamdrukbaarheid van die dolomitiese grond waarop die fondamente vir die oorbrug gebou moes word, te bepaal. Die ontleding van die afsakking wat tydens hierdie toetse gemeet is, was ’n ingewikkelde proses waartydens talle aannames gemaak moes word. Daar word tans ondersoek ingestel na die beste manier om dit te doen. Die uitwerking van die oorladings sal in die geotegniese sentrifuge gemodelleer en die afsakking en die saamdrukbaarheid van die grond sal gemeet en vergelyk word. Dit kan lei tot die ontwikkeling van belangrike toepassings vir toekomstige konstruksieprojekte wat op dolomitiese grond onderneem word.

Benewens toepassings op die gebied van siviele ingenieurswese, waarvan voorbeelde hierbo genoem is, kan die sentrifuge ook gebruik word vir navorsing op die gebied van mynbou-ingenieurswese, geologie, meganiese ingenieurswese en ander velde waar groot versnellings op modelle of komponente toegepas moet word.

Soos hierbo genoem, is die hoofdoel van die sentrifugelaboratorium om as ’n navorsingsfasiliteit vir die Universiteit te dien. Hierdie fasiliteit sal help om nagraadse studente te lok wat daarin belang stel om gedurende hul magister- en PhD-studie modeltoetsing uit te voer. Samewerking met ander departemente, universiteite en navorsingsinstansies sal ook uitgebrei word. Die geotegniese sentrifuge sal ook beskikbaar gestel word aan maatskappye wat graag fisiese modelle vir kommersiële doeleindes wil toets.

Die Universiteit van Pretoria se sentrifuge is tans die grootste in die Suidelike Halfrond en slegs die tweede in Afrika. Dié instrument word as ’n 150G-ton-instrument geklassifiseer, wat beteken dat dit ’n model met ’n gewig van tot 1 ton tot 150 keer die swaartekrag van die aarde kan laat versnel. Die grootte van die sentrifuge se platform is 0,9 m x 0,8 m en dit het ’n onbelemmerde kopruimte van 1,3 m. Die radius, gemeet vanaf die as van die sentrifuge tot by die modelplatform, is 3 m. Dit beteken dat ’n model teen ’n versnelling van 150G teen 240 km/h in ’n sirkelbaan kan beweeg.

Benewens die hulp met die aanskaffing van die sentrifuge wat van die Nasionale Navorsingstigting ontvang is, het die Universiteit ook merkwaardige steun van nywerhede ontvang met die oprigting van die nodige infrastruktuur om die instrument veilig te kan huisves. Ter wille van veiligheid is die sentrifuge in ’n vertrek wat met gewapende beton gebou is, geïnstalleer. Die Departement Siviele Ingenieurswese wil graag die volgende maatskappye opreg bedank vir hul geweldige ondersteuning:

• ontwerp van die gewapende beton-vertrek: Jones & Wagener (Edms) Bpk, Raadgewende Siviele Ingenieurs
• ontwerp van elektrisiteitstoevoer: Claassen Auret Ingelyf
• ontwerp van die verkoelingstelsel: Spoormaker & Vennote Ingelyf
• konstruksie en staalversterking: Stefanutti Stocks Holdings Bpk
• spesiale luike: PERI South Africa Formwork Scaffolding Engineering
• beton: Lafarge South Africa Holdings (Edms) Bpk