EFECTO DE CIZALLA INICIAL EN CCLICACOMPORTAMIENTO DE ARENA

RESUMEN: drena y se llevan a cabo ensayos de corte sin drenar cclicos de torsin simples para saturado arena Ottawa con y sin aplicaciones iniciales de cizallamiento esttico . Se encontr a partir del experimento que cuando se llevaron a cabo las pruebas bajo tensiones de cizalla cclicos uniformes , tanto poro generacin de presin de agua en sin escurrir las condiciones y los cambios de volumen en condiciones drenadas se vieron afectados muy poco por el nivel de las aplicaciones iniciales de cizalladura estticas. El mtodo de deformacin,que utiliza parmetros de deformacin de cizallamiento como parmetros determinantes , se ha demostrado a ser muy til para los anlisis de licuefaccin y cambio de volumen cclico.

INTRODUCCINLa licuacin de los depsitos de arena saturados durante los terremotos tiene causados fallas catastrficas de fundaciones , pendientes y terraplenes . Ejemplos de tales fallas incluyen la inclinacin y el hundimiento de edificios durante el terremoto de 1964 en Niigata , el tobogn de Turnagain Heights durante el terremoto de 1964 en Alaska, y la falla de la pendiente de la Baja de San Fernando Contener durante el terremoto de San Fernando 1971 . Elementos del suelo ( elemento A en la Fig. 1 ) cerca de edificios y en estructuras de tierra( taludes , presas y terraplenes ) estn siempre sometidos a sus iniciales cizallamiento en sus planos horizontal y vertical antes horizontal cclico la aplicacin de tensin de cizallamiento . Varios trabajos experimentales se han llevado a cabo para investigar el efecto de la cizalladura inicial sobre el potencial de licuefaccin por utilizando dispositivos triaxiales cclicos , dispositivos de corte simple y una mesa vibratoria . Como se discuti en detalle en la siguiente seccin de este trabajo , hay observaciones contradictorias y confusas con respecto a este problema . Por ejemplo , basado en experimentos triaxiales cclicos, Semillas y compaeros de trabajo ( 7,10,11 ) llegado a la conclusin general de que la existencia de cizalladura inicial en un espcimen dio lugar a una resistencia a la licuefaccin superior en comparacin con un espcimen sin cizallamiento inicial. Mientras tanto , el estudio realizado por Vaid y Chern ( 12 ), tambin sobre la base de experimentos triaxiales cclicos , mostr que el poro generacin de presin del suelo con cizallamiento inicial podra ser mayor o menor que la de la muestra sin cizallamiento inicial , dependiendo de la densidad del suelo y el nivel de la tensin inicial de cizallamiento . Estos resultados inconsistentes pueden deberse a la utilizacin de parmetros de estrs , que de todos los investigadores anteriores usados para sus experimentos y el anlisis. Recientemente, Dobry , et al. ( 1,2 ) propusieron que par- cepa

1 Assoc. Profesor de la Facultad de Civ . y Engrg Ambiental . , Cornell Univ . , Ithaca ,NY .2Assoc . Profesor , Departamento de Civ . y Ordenacin del Territorio , Toyohashi Univ . de tecnologa . ,Toyohashi , Japn ; Visitar Asistente . Profesor , Cornell Univ . , Mayo 1984 - febrero 1985 .3Assoc . Profesor , Departamento de Civ . Engrg . , Syracuse Univ . , Syracuse , NY .Nota.- La discusin abierta hasta mayo de 1,1986 . Para extender la fecha de cierre de un mes,una solicitud por escrito debe ser presentada ante el Administrador de ASCE de Revistas . El manuscritopara este trabajo fue presentado para su revisin y posible publicacin en junio5 , 1985. Este trabajo es parte de la Revista de Ingeniera Geotcnica , vol . I l l ,No. 12, diciembre de 1985. ASCE , ISSN 0733-9410 / 85 / 0.012-1.395 / 01,00 dlares . papel

Elementos 1. - suelo con (elemento A) y sin (elemento B ) Shearing inicialen Plano Horizontal : ( a) Las pendientes ; ( b ) Los diques y represas ; (c) Fundaciones

etros ser utilizado para el anlisis de licuefaccin ms consistente y el concepto ,llamado " el mtodo de la tensin ", ha sido apoyada por muchos investigadores ( 3,4,9 ) . La ventaja de usar el mtodo de deformacin es que la dinmica el comportamiento de los suelos puede ser analizado sin ser influenciado por diferentestcnicas de preparacin de muestras , estructuras de suelo, el envejecimiento , sobreconsolidacin , etc.Esta investigacin se llev a cabo para investigar el problema de la licuefaccin evaluacin con cizallamiento inicial, y el mtodo cepa se utiliz como herramienta analtica . Los escritores llevan a cabo dos tipos de experimentos de laboratorio mediante el uso de un dispositivo de cizalla torsional hueco cilndricas simple. estosexperimentos fueron determinar : ( 1 ) La relacin entre la tensin / comportamientos de tensin y las caractersticas de cambio de volumen de arenas bajo tensin y cizallamiento inicial repetida ; y ( 2 ) con potencial de licuefaccin cizalladura inicial y las aplicaciones repetidas de cepa . Dado que la presin de poro la acumulacin se atribuye directamente a las caractersticas de volumen y cambio por lo tanto, la licuefaccin ( 8 ) , el primer experimento es esencial para la comprensin el mecanismo de aumento de la presin de poro de arenas saturadas en condiciones de cizallamiento inicial.

ANTECEDENTESEstrs y la tensin con Shearing Condiciones Inicial Las ltimas dos dcadas han visto avances en la comprensin del mecanismo de fallas de licuefaccin durante los terremotos y los avances en la tcnicas para la prediccin y evaluacin de dichos fallos . La mayora de la investigacin los esfuerzos en esta rea se han centrado en el potencial de licuefaccin bajo terreno llano , donde no se produce cizallamiento inicial , ya sea en la horizontal o el plano vertical ( elemento B en la Fig. 1 ) .La figura 2 muestra la condicin idealizada in-situ de estrs para los elementos de suelo en taludes, terraplenes, diques, y los edificios cercanos ( elemento A en la Fig . 1 ) durante la aplicacin del estrs de cizallamiento cclico horizontal. La cifra incluye una representacin de crculo estrs de Mohr correspondiente. Estos elementos de suelo se someten a cizallamiento esttico de esfuerzo inicial (T=0 ) y la tensin de cizallamiento cclico (TC ) en los planos horizontales y verticales. Cuando TC es mayor que T " , cizalla

idealizada In-Situ condicin de estrs con esttica y cclica Shear

eversin del estrs se produce . Cuando Tc es menor que To , esfuerzo cortante en la plano horizontal es siempre unidireccional (sin el estrs de cizalla reversin ) . en un caso especial, cuando To " es igual a cero , la tensin de cizallamiento completa reversin ocurre . Esta es la misma situacin de estrs que existe bajo el nivel del suelo ( o el suelo Elemento B en la Fig. 1 ) .

INVESTIGACIONES ANTERIORESCclica triaxial Test. - Varios investigadores ( 7,10-12 ) han utilizado una cclico dispositivo triaxial para investigar el potencial de licuefaccin de elementos de suelo bajo diques y terraplenes de tierra , simulando un estado de esttica inicial esfuerzo cortante antes y durante el terremoto de carga . En estos estudios, la muestras se consolidaron primera anisotrpicamente con una tensin efectiva ratio ( kc = CR10 / CR30 ) mayor que uno. Las muestras se sometieron entonces a cclicos tensin desviadora. Semilla y sus colaboradores ( 7,10,11 ) concluy que cuanto mayor sea la tensin de cizallamiento esttico inicial en un avin con un dado normal,Tensin efectiva, mayor es el nmero mximo de Cyles de deviatoric tensin requerida para inducir una cierta cantidad de tensin en un nmero fijo de ciclos. Tambin observaron que en el caso de no tensin de cizallamiento reversin, la muestra tiende a deformarse progresivamente en cada sucesiva ciclo, pero la presin de poro generacin no aument lo suficiente para causa licuacin inicial (respuesta de la presin de poro 100 %). Por otra parte, en el caso de reversin parcial o total de la tensin de cizallamiento, la presin de poro puede construir hasta el valor de la tensin inicial de confinamiento. Estas conclusiones fueron derivadas de los experimentos llevados a cabo en la arena densa medio y denso muestras. Vaid y Chern ( 12 ) observaron de sus datos experimentales sobre la suelta , que la generacin de la presin de poro muestras de arena densa - medio denso , y para las muestras con el estrs inicial de cizallamiento esttico podra ser mayor o menor que para las muestras sin tensin de cizallamiento esttico inicial , dependiendo de la densidad relativa de la arena y el nivel de la cizalladura esttica inicial estrs. Tambin concluyeron que la licuefaccin inicial podra ocurrir en muestras con reversin completa o importante esfuerzo de corte . Tal licuefaccin era un fenmeno momentneo , sin embargo, y la muestra recuper su fuerza a travs de la dilatacin cada vez que se cort ms . arena densa muestras , en particular, podran sostener una muy alta tensin desviadora sin experimentar deformacin excesiva. Tambin se observ desde Vaid y Datos experimentales de Chern en la arena densa medio y denso que para un muestra altamente aniso trpicamente consolidado ( kc = 1,48 ) , las cepas de corte y presiones de poros desarrollaron gradualmente y de forma continua , pero la presin de poro acumulacin no alcanz el valor de la tensin inicial de confinamiento , como lo fue tambin encontrado por la semilla y sus compaeros de trabajo . A Test. dispositivo simple anillo de corte torsional cortadura desarrollada por Yoshimiy Oh- oka ( 14 ) , y un dispositivo de corte simple de tipo caja desarrollado por Vaid y Finn ( 13 ) se utilizaron para investigar el efecto de la cizalladura inicial el estrs en el potencial de licuefaccin . Yoshimi y Oh - Oka concluyeron de su estudios que la influencia de la tensin de cizallamiento esttico inicial sobre la resistencia a licuefaccin era esencialmente opuesta aquellos basados en estudios en el triaxial prueba por Seed y Lee ( 10) . Resistencia a la licuefaccin, medida por la amplitud del esfuerzo cclico, se encontr a disminuir o permanecer sin cambios con aumentos en el nivel inicial de la tensin de cizallamiento. Sus resultados se basaronen muestras de arena suelta . Vaid y Finn , que realiz un volumen constante pruebas en muestras de medio denso y de arena densa , mostraron que la resistencia a la licuefaccin podra aumentar o disminuir debido a lapresencia de tensin inicial de cizallamiento esttico. Esta conclusin depende de la densidad relativa, la magnitud de la tensin de cizallamiento esttico, y la definicin de licuefaccin. Las siguientes conclusiones generales pueden extraerse de los estudios antes mencionados:

1. cclica reversin esfuerzo de corte tiene una influencia significativa en la generacin de la presin de poro. 2. Los patrones de acumulacin de la presin de poro difieren entre los experimentos con y sin T0. 3. Tmx (= To + TC) tiene una influencia significativa en la generacin de la presin de poro. Sacudir la Tabla Test.-La influencia del estrs de cizallamiento inicial esttica en la resistencia a la licuefaccin fue estudiado por Yoshimi y Tokimatsu (15) en un ensayo efectuado con una mesa serpenteante. Utilizaron un modelo de la estructura del suelo a pequea escala y monitoreado las presiones intersticiales en varios lugares en una arena saturada durante la agitacin. Ellos llegaron a conclusiones similares a las de Yoshimi y Oh-Oka (14). Sin embargo, el efecto de las condiciones de contorno y posible drenaje en una muestra en pequea escala puede afectar seriamente a la interpretacin de los resultados. Torsional ensayo de corte simple con hueco cilndrico Specimen.- Ishihara y Takatsu (6) estudiaron el efecto de la tensin de cizallamiento inicial sobre la licuefaccin Mediante el uso de un dispositivo de cizalla torsional hueco cilndrico simple. Ellos demostraron la importancia de la tensin de cizalladura inicial y la direccin de la tensin de corte pico en la tensin de corte irregular historial de tiempo de porepressure acumulacin. Por ejemplo, encontraron que cuando una torsin irregular esfuerzo de corte se aplic con su valor mximo pico orientado a la misma direccin que la tensin inicial de cizallamiento, la muestra exhibi ms resistencia a la acumulacin de presin de poro del agua de la cizalla irregular tensin aplicada en la direccin opuesta. En resumen, como se muestra en la Tabla 1, los estudios anteriores han tenido xito en la demostracin de la importancia cualitativa de reversin tensin de corte, esfuerzo cortante mximo, y el estrs de cizallamiento inicial, pero han fracasado para encontrar un parmetro ndice generalizado para el fenmeno de licuefaccin. tal un parmetro es la relacin de la tensin de cizallamiento cclico a la inicial vertical efectiva estrs (TC / = 44 y = 35 , respectivamente) en la tensin de cizallamiento 7 = 5% y 8%, respectivamente. Contraccin y dilatacin caractersticas de suelta y las muestras densas suelo durante cargas estticas tambin se puede ver en la Fig. 5. Volumen variar debido a la deformacin cclica uniforme Shear Una serie de pruebas controladas de deformacin de cizallamiento constante se realiz con y sin aplicaciones de corte iniciales para arena suelta Ottawa (promedio densidad relativa = 40%). La figura 6 muestra las deformaciones volumtricas desarrolladas al final de cada ciclo de la cepa bajo las aplicaciones de deformacin de cizallamiento cclicos uniformes sin la tensin de cizallamiento inicial. El importe de la volumtrica deformacin aumenta con el aumento de cizallamiento uniforme amplitud de deformacin cclica y el nmero de ciclos de deformacin de cizallamiento uniforme. Higo. La figura 7 muestra la relacin entre la deformacin volumtrica debido a la cizalladura cclico, e ", ciclorama, y la deformacin por esfuerzo cortante cclica, ycyc, como una funcin de la cantidad aplicada, N, de ciclos de cepas de cizallamiento. Se ve en la figura que hay un aproximadamente relacin lineal entre eDcyc y 7cyc para un nmero dado de ciclos.

Deformacin total volumtrica con y sin cizallamiento inicial

Deformacin volumtrica cclico con y sin cizallamiento inicial

Deformacin volumtrica total debido a las solicitudes iniciales y cclicos de cizallamiento se muestra en la Fig. 8, donde los niveles de la cepa inicial de cizallamiento son casi la misma (yini = 0,240 ~ 0,324%). Cepas volumtricas desarrolladas durante el proceso de corte inicial puede ser visto como los puntos de datos en la parte baja parte de la Fig. 5. En la Fig. 9, la deformacin volumtrica cclico, ei, cyc, se representa como una funcin de la amplitud cclica deformacin de corte, 7cyc, y el nmero de deformacin por cizallamiento ciclos, N. A partir de estas cifras se observa que las relaciones entre eViCyc y 7cyc son casi lineal, como se ha visto anteriormente en el caso de no aplicacin de cizallamiento inicial en la Fig. 7. deformacin volumtrica total, e "(en la Fig. 10) y la deformacin volumtrica cclica debido slo a la aplicacin de cizallamiento cclico, 6 , cyc (en la Fig. 11), se representa como una funcin de la cantidad aplicada de uniforme ciclos de deformacin de cizalla con diferentes niveles de deformacin de cizallamiento iniciales y cclico Amplitudes de deformacin de cizallamiento. En las Figs. 10 y 11, el efecto de la cizalladura inicial en el cambio de volumen no est claro. En las Figs. 12 (ac), la deformacin volumtrica debido a la aplicacin de cizallamiento cclico, e , cyc / al final de la quinta, dcima, y ciclos de tensin 40a, respectivamente, es representar grficamente como una funcin de la deformacin de corte inicial, 7lnl, y la cizalla cclica

|

Efecto de la inicial de cizallamiento sobre cclica volumtrica Strain

Deformacin total volumtrico para Sand denso con y sin cizallamiento inicial

Deformacin volumtrica cclica frente cclica Shear amplitud de deformacin en Varios Nmeros de Ciclo (YM = 0 y 0,1%)amplitud de deformacin, 7 ^. En las figuras, las deformaciones volumtricas cclicos promedio sin aplicacin inicial deformacin de corte se dibujan como lneas horizontales para a efectos comparativos. Se ve en estas figuras que el volumtrica cclica cepa, eocyc, est poco afectada por el nivel de esfuerzo de cizalla inicial aplicacin. Por lo tanto, se puede concluir que la aplicacin de inicial cizallar a la muestra tiene prcticamente poca influencia en el volumen cclico cambiar caractersticas de la arena suelta si las cepas de corte cclicos uniformes se aplican. Un nmero limitado de pruebas drenados cclicos de deformacin controlada haber sido Realizado para la arena densa Ottawa (densidad relativa media = 80%).parcelas la deformacin volumtrica total, e ", como una funcin del nmero de ciclos uniformes de deformacin de cizalla con varias cepas de corte iniciales y cclico amplitudes de deformacin. En la Fig. 14, la relacin entre el volumtrica cclica cepa, eocyc, y la amplitud de la deformacin de cizalla cclico, 7cyc, se muestra con varios nmeros de ciclos. De Figs. 13 y 14, las mismas conclusiones se pueden extraer de estos especmenes densas como se obtuvieron de suelta arena, a pesar de los cambios de volumen absolutos medidos son ms pequeos

La acumulacin de presin de poro para arena suelta

La acumulacin de presin de poro con y sin cizallamiento inicial

En el caso de la arena densa: (1) El efecto de la cepa inicial de cizallamiento en la deformacin volumtrica cclico es insignificante bajo deformacin de corte cclico uniforme aplicaciones; y (2) el valor de Eh-cyc es aproximadamente una funcin lineal de la amplitud cclica deformacin de corte, 7cyc, para un nmero dado de ciclos. Generacin de presin de poro Debido a Uniform Strain cclica Shear Se realiz un nmero limitado de pruebas no drenadas para arena suelta Ottawa bajo tensin de cizalla cclica uniforme con y sin cizallamiento inicial aplicacin. Figs. 15 y 16 de resumir estos resultados. Tambin se observa la Fig. 16 que la aplicacin de la cizalladura inicial tiene poco efecto sobre la acumulacin de la presin de poro bajo solicitud deformacin cortante cclica uniforme. La observacin anterior sera cierto si se realizaron las pruebas bajo condiciones de estrs de cizallamiento cclicas uniformes. CONCLUSIN Arenas Ottawa sueltas y densas se pusieron a prueba en un cclico cilndrico hueco dispositivo de torsin de cizalla simple en condiciones drenadas y no drenadas. los experimentos se llevaron a cabo bajo una tensin de cizallamiento cclica uniforme y sin solicitudes iniciales de tensin de cizalla. Las siguientes conclusiones redactarse: 1. Cepas (strain) volumtricas desarrolladas debido a las aplicaciones de deformacin de cizallamiento cclicos uniformes se ven afectados muy poco por el nivel de la cizalladura esttica inicial aplicacin. 2. Las relaciones entre la deformacin volumtrica cclico y el uniforme cclico amplitud de deformacin de cizallamiento para un nmero dado de ciclos son casi lineal e independiente, independientemente de la existencia de cizallamiento esttico inicial. 3. la presin de poro debido a la acumulacin de aplicaciones de deformacin de cizallamiento cclicos uniformes no est influenciada por la existencia de la aplicacin inicial de cizallamiento esttico. 4. Est comprobado que el mtodo de la tensin, que utiliza la tensin de cizalla como parmetro determinante, tiene claras ventajas sobre el mtodo de estrs. Adaptacin del mtodo cepa parece simplificar las tcnicas analticas para la presin de poro y de cambio de volumen predicciones.

RECONOCIMIENTO Esta investigacin se llev a cabo en virtud de un proyecto de investigacin patrocinado por la Fundacin Nacional para la Ciencia (Grant No. CEE-8.314.009 a Cornell Universidad y CEE-8313863 de la Universidad de Syracuse), en la que K. Thirumalai fue director del programa y la primera y la tercera fueron escritores co-investigadores principales. El apoyo brindado por la fundacin es con gratitud apreciado. El dispositivo de corte simple torsional utilizado en esta investigacin fue diseado por el primer escritor y fabricado por los miembros de la tienda de mquina de la Facultad de Ingeniera Civil y Ambiental de la Universidad de Cornell, Paul Jones, Glenn Querida, y John Yost, con el apoyo financiero de la Escuela. La segunda visita del escritor a la Universidad de Cornell como profesor visitante era parcialmente financiado por el Ministerio de Educacin del Gobierno japons.

luisgermanandrea