Performance of embankments on liquefiable soil deposits improved with with dense granular columns
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Date
2020
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Abstract
Terremotos pasados han demostrado que las columnas granulares densas o dense granular
columns (DGC) pueden ayudar a mejorar el desempeño sísmico de estructuras geotécnicas
críticas fundadas en depósitos de suelo licuable por medio de la combinación de (i)
densificación inducida mediante la instalación, (ii) drenaje mejorado, and (iii) refuerzo al
corte; incluso con áreas de reemplazo relativamente bajas. Sin embargo, la influencia y
contribución individual de estos mecanismos de mitigación en parámetros de demanda
sísmica ingenieril (por ejemplo, exceso de presión de poros, tensiones y deformaciones de
corte, aceleraciones, y deformaciones permanentes) no se comprende por completo aún en
el contexto de licuación y sus consecuencias. Además, los procedimientos de diseño actuales
no incluyen factores críticos tales como la interacción suelo-estructura-mitigación, las
características del sitio, la interacción entre estratos, y las características evolutivas del
movimiento sísmico. Estas limitaciones previenen un diseño confiable y basado en
desempeño de las DGCs.
En la primera etapa de este estudio (Fase I), se realizó una serie de cuatro experimentos
dinámicos en centrífuga para 1) evaluar la influencia de las DGCs en el desempeño sísmico
de terraplenes fundados en depósitos estratificados de suelo licuable; 2) aislar la contribución
de distintos mecanismos de mitigación provistos por las DGCs en el desempeño del sistema;
y 3) proveer datos para la posterior validación de modelos numéricos. Los resultados
experimentales apuntaron a la importancia de considerar la densidad relativa y rigidez del
suelo antes y luego de la instalación de las DGCs, la distribución de presiones de
confinamiento, y las restricciones cinemáticas y actividad de distintos mecanismos al evaluar
la influencia de las DGCs en parámetros de demanda sísmica, inicio de licuación, y
deformaciones en estructuras de terraplén.
Durante la segunda etapa de la investigación (Fase II), se desarrolló un modelo probabilístico
para evaluar el inicio de licuación en sitios tratados con DGCs. El modelo propuesto se basa
en los resultados de un completo estudio numérico de tipo paramétrico, validado
previamente con resultados experimentales de centrífuga, y es el primero de su clase que
considera variaciones en el área de reemplazo, rigidez, y capacidad de drenaje de las DGCs;
el espesor, profundidad, densidad relativa, y rango de conductividad hidráulica de cada
estrato y sus capas circundantes; diferentes presiones de confinamiento transmitidas por una
estructura en la superficie del terreno; las características evolutivas de terremotos corticales
y de subducción; y la incertidumbre implícita en la predicción de presiones de poro y
deformaciones de corte en cada capa de suelo.
Finalmente, en la Fase III del estudio, los resultados experimentales de la Fase I fueron
utilizados para testear una herramienta computacional y numérica avanzada en su capacidad
para capturar el desempeño del sistema suelo-mitigación-terraplén. Se utilizó análisis
numérico de elementos finitos dinámico, tridimensional, no-lineal, acoplado, y en tensiones
efectivas, con el modelo constitutivo de suelos PDMY02 implementado en la plataforma
OpenSees, para simular la respuesta sísmica de terraplenes fundados en depósitos de suelo
licuable mejorados con DGCs bajo carga sísmica horizontal. Los modelos desarrollados
pueden ser utilizados en estudios numéricos futuros de tipo paramétrico para identificar los
principales predictores del desempeño sísmico de terraplenes en sitios licuables tratados con
DGCs.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences and Doctor of Philosophy)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020