Los proyectos de geotecnia dependen en gran medida de la fórmula de Shields para análisis y toma de decisiones precisas. Esta fórmula, integral en el estudio de la dinámica de sedimentos, permite una comprensión matizada de cómo las partículas son transportadas por el agua fluyente. Es una herramienta crítica en el diseño y mantenimiento de infraestructura relacionada con el agua, como presas, diques y sistemas de gestión de inundaciones. Al aprovechar la fórmula de Shields, los ingenieros pueden predecir mejor el movimiento de sedimentos, lo que permite el desarrollo de estrategias más efectivas para manejar la sedimentación, mejorar la calidad del agua y prevenir daños a la infraestructura causados por procesos erosivos.«Frontiers: Cálculo del asentamiento superficial y la deformación de la cimentación de pilotes causada por la tunelización con máquina de escudo a lo largo de una sección curva»
La fórmula de Shields es una de las fórmulas de transporte de sedimentos más utilizadas en geotecnia. Predice la tasa total de transporte de sedimentos del lecho utilizando un parámetro adimensional llamado parámetro de Shields, que tiene en cuenta las condiciones de flujo, las propiedades de los sedimentos y la rugosidad del lecho. Si bien existen otras fórmulas de transporte de sedimentos, la fórmula de Shields suele preferirse debido a su simplicidad, naturaleza empírica y capacidad para proporcionar predicciones razonables en una amplia gama de aplicaciones prácticas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que condiciones específicas de transporte de sedimentos y requisitos pueden justificar el uso de otras fórmulas específicamente adaptadas a esas condiciones.«Cómputo de la presión mínima de soporte límite para la estabilidad de la cara del túnel escudo bajo condición de filtración - Revista Internacional de Ingeniería Civil»
| Condición de Flujo | Tamaño del Sedimento (mm) | Densidad del Sedimento (kg/m³) | Densidad del Fluido (kg/m³) | Velocidad del Flujo (m/s) | Profundidad del Flujo (m) | Condiciones Típicas del Lecho | Esfuerzo Cortante (Pa) | Parámetro de Shields (Adimensional) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Río de Llanura | 0.2 - 1.6 | 2650 | 1000 | 0.6 - 1.2 | 0.6 - 1.6 | Arena Grava | 5 - 10 | 0.1 - 0.1 |
| Río de Montaña | 20 - 94 | 2650 | 1000 | 1.7 - 3.2 | 0.2 - 0.8 | Grandes Cantos Rodados | 62 - 196 | 0.1 - 0.1 |
| Área Costera | 0.6 - 0.8 | 2650 | 1025 | 0.8 - 1.6 | 1 - 5 | Arena Gruesa Conchas | 11 - 20 | 0.1 - 0.1 |
| Mar Profundo | 0.1 - 0.1 | 2650 | 1050 | < 0.1 | 2 - 4 | Sedimentos Finos Lodo | 1 - 5 | 0.1 - 0.1 |
En conclusión, la fórmula de Shields es una herramienta valiosa en geotecnia para analizar diversos proyectos. Su aplicación permite a los ingenieros determinar con precisión la estabilidad del suelo y cómo se comportará bajo diferentes condiciones. Al considerar factores como los tamaños de partículas, la concentración de sedimentos y el flujo de fluidos, la fórmula de Shields ayuda a garantizar la seguridad y eficiencia de los proyectos geotécnicos. Además, este método de análisis ayuda en el diseño y la implementación de medidas efectivas de control de erosión, sistemas de transporte de sedimentos y estructuras de ingeniería costera. El uso generalizado de la fórmula de Shields en geotecnia demuestra su efectividad e importancia en asegurar el éxito de diversos proyectos de construcción.«Caracterización reológica del suelo arenoso acondicionado bajo diferentes presiones de gas para la tunelación con escudo de balance de tierra»
La fórmula de Shields se utiliza comúnmente en la ingeniería costera y la gestión de líneas de costa para estimar el umbral crítico de sedimentos para la erosión o deposición. La fórmula relaciona la tensión de corte ejercida por el agua en flujo con la distribución del tamaño de grano del sedimento. Al aplicar la fórmula de Shields, los ingenieros pueden determinar la velocidad necesaria para iniciar la erosión o deposición, lo cual ayuda en el diseño de estructuras de protección costera, la evaluación de tasas de transporte de sedimentos y la gestión de problemas de erosión o sedimentación costera.«Características de subsidencia estratificada de la excavación de túneles escudo en área de suelo blando costero»
La fórmula de Shields se usa comúnmente en estudios de transporte de sedimentos y puede aplicarse para predecir la vida útil de los embalses. Calcula el esfuerzo cortante crítico necesario para iniciar la erosión de partículas de sedimento del lecho del embalse. Al comparar el esfuerzo cortante crítico con el esfuerzo cortante real ejercido por el agua en flujo, la fórmula ayuda a evaluar la estabilidad del lecho del embalse y a predecir la tasa de erosión de sedimentos. Esta información es valiosa para la gestión de embalses y puede asistir en la determinación de la vida útil de los embalses considerando la deposición de sedimentos y las estrategias de gestión de sedimentos.«Aplicación explorativa de la fórmula de Peck y sus versiones modificadas en la predicción de subsidencia superficial causada por la construcción de túnel cuasi-rectangular»
La fórmula de Shields, que relaciona el transporte de sedimentos con la tensión cortante, se utiliza comúnmente en arroyos de bajo gradiente. Sin embargo, puede no ser tan efectiva en arroyos de alto gradiente debido a la influencia de factores adicionales como la resistencia del lecho y la inestabilidad del lecho del canal. En estos casos, relaciones empíricas alternativas o modelos de transporte de sedimentos más complejos que consideren las características específicas de los arroyos de alto gradiente pueden ser más adecuados para predecir las tasas de transporte de sedimentos.«Mecanismo de interacción de la construcción de túnel escudo en distancia pequeña en capa de suelo blando»
Aplicar la fórmula de Shields al transporte de sedimentos en ríos alimentados por glaciares enfrenta varios desafíos debido a las características únicas de estos ambientes. Los principales desafíos incluyen la presencia de grandes tamaños de sedimentos y altas velocidades del agua, lo que dificulta determinar la tensión cortante crítica para el arrastre de sedimentos. Además, los ríos alimentados por glaciares a menudo tienen tasas de flujo y suministro de sedimentos altamente variables, lo que complica aún más la aplicación de la fórmula de Shields. Contar con estos factores e incorporar factores de corrección adecuados son necesarios para mejorar la precisión de las predicciones de transporte de sedimentos en ríos alimentados por glaciares.«Respuesta dinámica del suelo alrededor del túnel y del túnel escudo del metro»
