Resumen de The effect of irregular seismic loading on the validity of the simplified liquefaction procedures

Raúl Norambuena, Vasiliki Tsaparli, Stavroula Kontoe, David Taborda, David Potts

• español

  Licuefacción sísmica ha sido uno de los mayores peligros para proyectos de ingeniería atribuidos a terremotos. Las metodologías comúnmente utilizadas para evaluar licuefacción siguen basándose en métodos semi-empíricos. El procedimiento simplificado para evaluar el potencial de licuefacción asume que los terremotos pueden ser representados por un número equivalente de ciclos uniformes, proporcionales a la aceleración superficial máxima de un registro. Las principales metodologías para calcular el número equivalente de ciclos están basadas en la regla de daño acumulado de Miner, desarrollada para el análisis de fatiga en metales. La aplicabilidad de este concepto en suelos ha sido ampliamente cuestionada, dado que los suelos tienen un comportamiento no lineal. El presente trabajo investiga numéricamente el concepto de ciclos de amplitud uniforme equivalentes. Se efectúan análisis de esfuerzos no lineales en elementos finitos utilizando un modelo constitutivo de plasticidad de superficie límite que permite simular realísticamente licuefacción, reproduciendo precisamente la resistencia cíclica de las arenas. Bajo un análisis hidro-mecánico acoplado, se estudia un depósito de arenas de 15 m de profundidad sujeto a solicitaciones sísmicas, a fin de establecer una referencia de los alcances de la licuefacción. En paralelo, se desarrollan análisis de respuesta drenados para obtener los registros irregulares de esfuerzo, los cuales son convertidos en registros cíclicos uniformes. Se efectúan simulaciones de ensayos de corte simple no drenado sometidos a los registros uniformes generados. Los resultados de los ensayos de corte simple se comparan con los modelos en términos de licuefacción y se concluye sobre la validez de la metodología de Seed et al. (1975), basada en el concepto de daño acumulado de Miner.

• English

  Soil liquefaction has been one of the major hazards for civil engineering projects relating to earthquakes. The simplified liquefaction procedure which is used to assess liquefaction susceptibility in practice is still based on semi-empirical methods. These rely on the assumption that irregular seismic motions can be represented fully by an equivalent number of cycles of uniform stress amplitude, which is based on the peak acceleration measured at ground surface. Most methodologies used to calculate the equivalent number of cycles are based on Miner's damage concept developed for the fatigue analysis of metals. Several researchers have questioned the validity of this concept, as soils have a highly non-linear response. The present work investigates numerically the concept of the equivalent uniform amplitude cycles. Effective stress-based non-linear finite element analyses are performed with a modified bounding surface plasticity model that allows to realistically simulate liquefaction, reproducing the cyclic strength of sands accurately. The seismic response of a 15 m deep uniform level-ground sand deposit is simulated with full hydro-mechanical coupling to establish the benchmark extent of liquefaction zone. In parallel, the analyses are repeated assuming drained conditions to compute the irregular time-histories, which are then converted to an equivalent number of uniform amplitude cycles. The constant amplitude series are then applied in single element simple shear test simulations, with initial conditions those corresponding to the 7 m depth in the deposit. The results in terms of the predicted triggering of liquefaction are contrasted to the predictions of the fully coupled benchmark analyses at the corresponding depth to assess the validity of the Seed et al. (1975) methodology, based on Miner's cumulative damage concept.