IMPROVEMENT OF THE PIEZO-ELECTRIC RING ACTUATOR TECHNIQUE (P-RAT) USING 3D NUMERICAL SIMULATIONS

Ahmed Mhenni, Mourad Karray

In the proceedings of: GeoQuébec 2015: 68th Canadian Geotechnical Conference & 7th Canadian Permafrost Conference

Session: Laboratory Testing III / Essais en laboratoire III

ABSTRACT: Shear wave velocity of soil is commonly measured in the laboratory using piezoelectric elements such the bender elements (BE). These techniques, however, are associated with several difficulties including the mixed radiation of both primary and shear waves, near-field effects, boundary effects, and uncertain detection of first arrivals. A new technique, piezoelectric ring-actuator technique (P-RAT) has been developed in the geotechnical laboratory at the Université de Sherbrooke to minimize/eliminate the difficulties associated with other techniques, in particular, the penetrating of the used sensors into the tested specimens that may be inescapable in BE technique. This paper presents a brief description of the P-RAT technique as well as the results of 3D numerical simulations conducted using the computer code, COMSOL in order to study the interaction between the P-RAT components and the tested sample (soil or solid). This study demonstrate the effectiveness of the P-RAT technique andshows that the 3D simulations can be used in order to improve the reliability and/or the performance of the P-RAT to expand its applicability in the field of civil engineering.

RÉSUMÉ: La vitesse des ondes de cisaillement est généralement mesurée en laboratoire en utilisant des éléments piézo électrique comme les Bender éléments (BE). Cependant, ces techniques présentent certains problèmes au niveau à la fois ondes primaires et de cisaillement, les effets de champ proche, les effets de bord, et l au niveau de tion du signal. Une nouvelle technique, baptisé technique des anneaux piézoélectriques actionneurs (P-RAT) a été développé dans le laboratoire géotechnique de l'Université de Sherbrooke afin de minimiser / éliminer les difficultés associées aux autres techniques, en particulier, la pénétration des échantillons obligatoire pour la technique BE. Cet article présente une brève description de la technique P-RAT ainsi que les résultats des simulations numériques réalisées avec le code informatique, COMSOL afin d'étudier l'interaction entre les composantes du P-RAT et l'échantillon testé (sol ou solide). -RAT et montrent les simulations 3D peuvent être pour améliorer la fiabilité et / ou la performance de la méthode P-RAT étendre son applicabilité dans le domaine du génie civil.

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