Toward the post-seismic settlement assessment in the laboratory

ABSTRACT: The prediction of ground deformations induced by a dynamic activity is becoming widely recognized for the significant impact on structures and lifelines. Evaluation of liquefaction damage has been processed based on standard charts that suffer from a major limitation concerning their dependence on one soil type and its physical parameter (relative density). In an attempt to assess settlement based on the soil dynamic behavior, a unique experimental methodology was established based on two laboratory testing: Triaxial Simple Shear Apparatus (TxSS) and Piezoelectric Ring Actuator Technique (P-RAT). TxSS allows soil testing in two conditions (cyclic and post-cyclic), where all necessary variations regarding soil’s strength reduction and resulted volumetric strain can be recorded. Based on a developed TxSS theoretical model, shear wave velocity (Vs) of every soil specimen is calculated and later verified using P-RAT measurement. After several tests on Ottawa F-65, it is proved that a correlation exists between energy dissipated from cyclic loading and volumetric strain. A chart is developed based on these parameters where the soil’s mechanical property (Vs) is a controlling factor. This approach emphasizes the ease of producing a similar chart for any soil based on two laboratory tests and/or by following the specified theoretical correlation.

RÉSUMÉ: L’importance de l’estimation des déformations des sols induites par une activité dynamique est de plus en plus reconnue pour son impact significatif sur les structures et les installations vitales. L’évaluation des dommages causés par la liquéfaction est effectuée avec des chartes standards présentant une limitation majeure quant à leur dépendance à un seul type de sol et à ses paramètres physiques (densité relative). Dans le but d'évaluer le tassement en se basant sur le comportement dynamique du sol, une méthodologie expérimentale unique a été établie moyennant deux tests au laboratoire : le cisaillement triaxial simple (TxSS) et la technique des anneaux actuateurs piézoélectriques (P-RAT). Le TxSS permet de tester le sol dans deux conditions (cyclique et post-cyclique), où toutes les variations nécessaires concernant la réduction de la résistance du sol et la déformation volumétrique résultante peuvent être enregistrées. Avec un modèle théorique développé et adapté au TxSS, la vitesse d'onde de cisaillement (Vs) de chaque échantillon de sol est calculée et vérifiée ultérieurement à l'aide d'une mesure P-RAT. Après plusieurs essais sur le sable d’Ottawa F-65, il a été prouvé qu’il existe une corrélation entre l’énergie dissipée et la déformation volumétrique. Une charte a été établie où Vs est un facteur déterminant. Cette approche met l'accent sur la facilité à reproduire expérimentalement cette charte pour n'importe quel sol et/ou en suivant les corrélations théoriques spécifiées.