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The Effect of the Significant Duration on the Site Response Analysis of Liquefiable Soils
No full textSite effects observed in Antakya after the Mw 7.7 Pazarcik and Mw 7.6 Elbistan Earthquakes on the 6th February 2023 (Türkiye)
No full textOn February 6, 2023 Eastern Türkiye was shaken by two consecutive catastrophic earthquakes of moment magnitudes 7.7. and 7.6, induced by a left-lateral strike-slip fault in Eastern Anatolian Fault Zone. The first earthquake with a moment magnitude 7.6 was felt at 4:17 local time in the morning, while, approximately nine hours later, the second earthquake with a moment magnitude 7.7 increased the massive damage that occurred in eleven provinces of Türkiye including Hatay, Kahramanmaraş, Adıyaman, Malatya, Osmaniye, Gaziantep, Kilis, Şanlıurfa, Diyarbakır, Adana and Elazığ. In this paper, a specific focus is devoted to show the site effects observed in Antakya after the strong shakings as revealed by an extensive analysis of the collected ground motion records and geological and geotechnical data. It is shown that basin effects are associated with a higher level of damage compared to areas with the same level of ground shaking but without detrimental conditions of the local soils. The lessons learned from this seismic event highlight the key role played by the seismic response analysis and related tools of microzonation studies for the mitigation of the seismic risk
Évaluation du module de cisaillement des sols granulaires, avec corrélations du module de petites à grandes déformations
No full textUne estimation correcte du module de cisaillement (G) des sols constitue une partie fondamentale de l’analyse de la réponse dynamique des sols, des interactions sismiques sol-
structure, et du potentiel de liquéfaction du sol. Le module de cisaillement à petites déformations (Go) peut être systématiquement obtenu à partir de mesures en laboratoire des vitesses des ondes de cisaillement (Vs), car la rigidité élastique du sol est directement liée à sa vitesse de propagation des ondes de cisaillement. Cependant, les mesures du module de cisaillement sur une large gamme de déformations de cisaillement nécessitent des d’appareils spécialisés. Dans la présente étude, des corrélations entre le Go et le module contraint de l’oedomètre (Moedo)
à de grandes déformations ont été établies. Pour établir ces corrélations, des Vs de 22 sols granulaires de diverses caractéristiques physiques ont été mesurés expérimentalement en utilisant la méthode P-RAT incorpore dans la cellule oedométrique conventionnelle. Pour chaque échantillon testé, l’évolution de Moedo avec la densité relative (Id), ainsi que l’indice des vides (e), ont été enregistrées. Ensuite, les tendances Vs et Moedo /Go obtenues ont été corrélées aux paramètres physiques des sols granulaires testés avec le développement de e et Id. Une application pratique en génie géotechnique a également été évaluée. Sur la base des corrélations proposées, les ingénieurs en géotechniques peuvent facilement estimer le tassement in-situ à partir des valeurs de Moedo et Id prédites à l’aide de mesures in situ simples. De plus, en tant qu’étape importante vers une modélisation plus précise du comportement de déformation du sol, une relation entre Vs et d’autres paramètres géotechniques des sols en enrochement à grandes déformations a été étudiée en vue d’une modélisation plus précise du comportement des structures en terre. Quatre échantillons d’enrochement de différentes gradations, extraits des matériaux d’enrochement utilisés dans la construction du barrage de la Romaine II, ont été expérimentés pour corréler Vs au module initial de Duncan-Chang (Ei). Des simulations numériques utilisant la méthode des différences finies (FDM) bidimensionnelles (2D) ont été effectuées sur la base du modèle hyperbolique de Duncan-Chang pour valider les corrélations obtenues. Sur la base des données expérimentales et numériques, une relation entre Ei et Vs des échantillons d’enrochement testés a été établie. Des études de validation ont également été menées sur des mesures in situ, montrant la capacité des relations proposées à prédire efficacement Ei liée à la contrainte principale mineure (
3) de la mesure Vs in situ. En outre, comme les résultats du RC ont montré une incompatibilité avec d'autres appareils, des simulations de différences finies (FD) tridimensionnelles (3D) du test RC ont été utilisées pour examiner l'influence de certaines sources d'erreur sur les résultats RC tels que la masse motrice, la géométrie de l’échantillon, le mode de vibrations et les conditions aux limites sur les résultats des tests RC. Les résultats ont montré que la fixation de l’instrumentation sur l’échantillon est le facteur principal contribuant à l’erreur dans l’estimation des caractéristiques dynamiques du sol. Enfin, quatre techniques ont été utilisées pour estimer avec précision le module de cisaillement du sable avec différents niveaux de déformation : la colonne résonante (RC), la technique des anneaux piézoélectrique (P-RAT), le cisaillement simple triaxial (TxSS), et test de cisaillement simple direct (DSS). Les résultats montrent que le RC a surestimé les valeurs de Go par rapport au P-RAT en particulier à l'état lâche en raison du comportement non uniforme du sol. Basé sur un modèle SIG-4 à fonction sigmoïde; la réponse cyclique du sol a été modélise sur une large gamme de déformation basée sur les résultats de TxSS.A proper estimation of the strain-dependent shear modulus (G) of soils constitutes a fundamental part of analyzing the dynamic response of grounds, seismic soil–structure interactions, and soil liquefaction potential. The initial shear modulus (Go) can be systematically obtained from laboratory measurements of shear-wave velocities (Vs) as the soil elastic stiffness is straightforwardly related to its shear-wave propagation velocity. However, the shear modulus measurements over a broad range of shear strains can be performed through specialized testing apparatus. In the current study, correlations between Go and oedometer constrained modulus (Moedo) at large deformations were established, as an important step toward more precise modelling of soil deformation behavior. To establish these correlations, Vs of 22 different granular soils of various physical characteristics were measured experimentally using the piezoelectric ringactuator technique (P-RAT) incorporated in the conventional oedometer cell. For each sample tested, the development of Moedo with the development of relative density (Id), as well as the void ratio (e), was recorded. Then, the obtained Vs and Moedo/Go trends were correlated to the physical parameters of the tested granular soils with the development of e and Id. A practical application employing the achievements in geotechnical engineering design was also evaluated. Based on the proposed correlations, geotechnical designers can easily estimate in situ stress-settlement behavior from the predicted Moedo and Id values using simple in situ measurements. In addition, as a practical application of using Vs to estimate different geotechnical parameters, a relationship between Vs and other geotechnical parameters of rockfill soils at large strains was investigated towards more precise modelling of earth-structure deformation behaviour. Four rockfill samples of different gradations, extracted from the rockfill materials used in the construction of the Romaine II dam, were experimented to correlate Vs to Duncan-Chang initial modulus (Ei). Numerical simulations using a two-dimensional (2D) finite difference method (FDM) were performed based on the Duncan-Chang hyperbolic model to validate the obtained correlations. Based on the experimental and numerical data, a relation between Ei and Vs of the ii tested rockfill samples has been established. Verification studies were also carried out on insitu measurements, proofing the ability of the proposed relationships to efficiently predict Ei related to the minor principal stress ( 3) from in-situ Vs measurement. Furthermore, as the RC method, in particular, constitutes one of the most popular apparatus used to generate modulus reduction curves for soils, a three-dimensional (3D) finite-difference (FD) simulations of RC test was used to examine the influence of some sources of error affect the RC results such as driving mass, the geometry of the specimen, mode of vibrations, and boundary conditions on RC test. Results showed that the attachment of the instrumentation on the sample is a driving factor to contribute the error in the estimation of the soil dynamic characteristics. Finally, four laboratory techniques were used to estimate the strain-dependent shear modulus of clean sand with different strain () levels: Resonant column test (RC), piezoelectric ringactuator technique (P-RAT), triaxial simple shear test (TxSS) and direct simple shear test (DSS). The results show that the RC overestimated the values of Go compared with P-RAT especially at loose state due to the non-elastic behavior of soil. TxSS and DSS results showed acceptable compatibility in the estimation of G at strains more than 0.1%. Based on a sigmoid function SIG-4 model; the cyclic soil response over a wide range of strains based on TxSS results was predicted
Développement d'une procédure non intrusive basée sur la propagation des ondes élastiques pour l'évaluation de l'état des structures en béton enfouies du réseau de distribution d'hydro-Québec
No full textParticulièrement en milieu urbain, il est maintenant commun de retrouver de nombreuses infrastructures enfouies sous terres afin d'en minimiser l'impact social et environnemental. À titre d'exemple, en 2008, la proportion de nouveaux clients alimentés par le réseau souterrain d'Hydro-Québec a atteint près de 30 % (Hydro-Québec, 2011). Bien que les structures souterraines soient à l'abri de certaines intempéries auxquels celles en surface sont soumises, elles se trouvent néanmoins souvent dans un environnement favorisant leurs dégradations au fils du temps. Vu l'impact que ces structures ont sur le bon déroulement des activités quotidiennes de millions de personnes, il est primordial que ces structures soient en tout temps fonctionnelles afin d'assurer le bien-être et la sécurité du public qui est souvent dépendante de ces structures. Cependant, l'invisibilité de ces structures depuis la surface du sol peut parfois causer de nombreux problèmes lorsque vient le temps de les inspecter. En effet, les méthodes d'inspections actuellement utilisées sont souvent inadéquates et couteuses particulièrement en milieu urbain. C'est pourquoi l'IREQ (Institue de Recherche d'Hydro-Québec), en partenariat avec l'Université de Sherbrooke visent à développer une nouvelle méthode d'inspection non intrusive et réalisable depuis la surface du sol permettant d'évaluer l'intégrité structurelle des structures souterraines. Cette nouvelle méthode d'inspection est basée sur la propagation des ondes élastiques dans le sol émises depuis une source d'impact mécanique. Ce mémoire de maîtrise présente donc cette nouvelle méthode d'inspection élaborée à partir des résultats obtenus à 1'aide de simulations numériques puis testée et améliorée à la suite d'essais réalisés sur six différentes structures souterraines construites sur le site de l'IREQ. Dans le but vérifier la précision de la méthode proposée, l'état de dégradation exacte de ces six structures souterraines n'est connu que par Hydro-Québec. À la lumière des résultats obtenus à la suite de l'inspection de ces 6 structures souterraines, il fut possible d'établir l'état de chacune de ces structures de béton. Les conclusions établies à l'aide de la méthode proposée qu'en à l'état de ces structures furent ensuite présentées à Hydro-Québec qui en conclu que la méthode proposée a le potentiel d'identifier de façon préliminaire l'état de dégradation de ces 6 structures
Développement d’une procédure non intrusive basée sur la propagation des ondes élastiques pour l’évaluation de l’état des structures en béton enfouies du réseau de distribution d’Hydro-Québec
No full textDepuis l’automne 2011, des travaux de recherches ont été réalisés par le groupe de recherche en géotechnique de l’Université de Sherbrooke afin de développer une méthode d’inspection non-destructive permettant l’évaluation de l’état de dégradation du toit des structures enfouies du réseau de distribution d’Hydro-Québec (chambre de raccordement). En plus d’être non-destructive, la méthode développée se doit d’être réalisable depuis la surface du sol et donc ne pas nécessiter d’accès direct à la structure. Cette thèse explique en détail le processus de recherche réalisé depuis l’automne 2013 qui a mené au développement d’un outil permettant de faire l’inspection d’une structure souterraine à l’aide de l’étude de la propagation des ondes élastiques dans le sol. Premièrement, un survol de l’état des connaissances montre que les méthodes géophysiques peuvent offrir une alternative intéressante aux méthodes d’inspections traditionnelles. Cette revue montre également que la propagation des ondes élastiques peut être simulée à l’aide de différentes méthodes analytiques, semi-analytiques et numériques. Deuxièmement, il est montré que les algorithmes utilisés dans cette thèse permettent l’identification et la séparation dans le domaine vitesse-fréquence de différents groupes d’ondes présents dans divers types de signaux sismiques. Ces algorithmes permettent également le calcul de l’énergie et des vitesses de groupe et de phase des différents groupes d’ondes identifiés. Troisièmement, la méthode de la matrice de propagation et des simulations numériques en 2D montrent que l’énergie et les vitesses de propagation du mode fondamental des ondes de Rayleigh varient en fonction de la profondeur d’une structure souterraine. Il est notamment montré que la présence d’une structure souterraine agit comme un guide d’onde entrainant une variation importante de la vitesse de groupe près d’une fréquence nommée phase d’Airy. Des simulations numériques en 2D réalisées sur des structures dont la surface comporte des anomalies permet de montrer que la présence de ces dernières entraîne des variations importantes de l’énergie et des vitesses de propagations des ondes élastiques calculées à partir de la variation de l’accélération verticale mesurée à la surface du modèle. Ces observations ont mené à l’élaboration d’un protocole d’inspection qui a par la suite été testée sur de vraies structures construites sur le site expérimental de l’IREQ. Ces essais sur le site expérimental ont permis de confirmer que la profondeur et l’état de dégradation de la surface du toit d’une structure souterraine affectent l’énergie et la vitesse de propagation des ondes élastiques. Quatrièmement, des simulations numériques en 3D ont été réalisées afin d’améliorer le protocole d’inspection et d’évaluer l’effet de la présence du puits d’accès reliant la structure à la surface du terrain. Ces simulations ont permis de développer un nouveau protocole d’inspection et de montrer que la présence du puits d’accès n’empêche pas la détection d’anomalies présentes à la surface d’une structure. L’efficacité de ce nouveau protocole a également été validée en réalisant de nouveaux essais sur le site expérimental de l’IREQ. Finalement, il est montré que la présence d’un revêtement rigide à la surface du sol n’empêche pas la caractérisation du profil souterrain se trouvant sous un revêtement rigide lorsque la source se trouve directement en contact avec le sol
Caractérisation des sols granulaires au moyen de la vitesse des ondes de cisaillement
No full textLes réponses des sols aux diverses sollicitations qu'ils subissent à l'état naturel sur site sont multiples et dépendent de nombreux facteurs tel que leur nature, le domaine de sollicitation, la présence d'eau et plusieurs autres facteurs (état de contrainte, présence de cavités, etc.). La connaissance du domaine des petites et moyennes déformations pour le dimensionnement de nombreux ouvrages sur des dépôts de sols argileux ou sableux est d'une grande importance. La détermination des propriétés mécaniques des sols dans le domaine des petites déformations est néanmoins importante dans plusieurs applications en géotechnique. Le besoin de déterminer le module de cisaillement des sols à faibles déformations a conduit au développement de différents outils d'investigation.Les outils non intrusifs basés sur la propagation des ondes de surface permettent de s'affranchir des problèmes de remaniement du sol et la détermination des paramètres fondamentaux (G[indice inférieur max]) du sol dans leur vrai état des contraintes. L'étude menée dans ce travail se résume essentiellement en deux volets. Une présentation détaillée, des différentes méthodes et techniques qui déterminent la vitesse d'onde de cisaillement V[indice inférieur s] lors de la caractérisation des sols, est faite en premier stade. On se focalise à décrire le dispositif des bilames piézo-électriques (utilités, avantages et limitations). En second volet, on se consacre sur la caractérisation des sols granulaires au moyen de V[indice inférieur s]. Des simulations numériques illustrées par des essais aux laboratoires sur un modèle simplifié de la cellule oedométrique équipée du dispositif des anneaux piézo-électriques, ont été dirigés. En considérant trois sols pulvérulents de différentes propriétés granulométriques, on a pu voir les difficultés d'interprétation des résultats suivant les méthodes directes dans le domaine temporel. Alors que, des résultats traités dans le domaine fréquentiel se sont avérés plus réalistes
Influence de la granulométrie sur la vitesse des ondes de cisaillement des sols granulaires
No full textLa détermination de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (Vs) dans un sol est fondamentale dans tous les problèmes en dynamique des sols. Plusieurs techniques permettent la mesure de Vs dans les sols. En effet, le paramètre Vs permet la caractérisation et l'évaluation du potentiel de liquéfaction des sols granulaires. Cependant, indépendamment de la technique de mesures utilisées, plusieurs valeurs de Vs peuvent être obtenues. Cette diversification peut se justifier par plusieurs facteurs, notamment la granulométrie. D'où cette étude qui porte sur l'influence de la granulométrie sur la vitesse des ondes de cisaillement des sols granulaires. Dans ce mémoire de maîtrise, l'effet des éléments caractéristiques des sols granulaires (D[indice inférieur 50], e, Cu, [sigma][indice inférieur m]) sur la vitesse des ondes de cisaillement est étudié. Quatre types de sols granulaires ayant des propriétés granulométriques différentes sont considérés. Il s'agit de : (1) Le sable d'Ottawa (C-190) (D[indice inférieur 50] = 0,37 mm et Cu=1,96), (2) Le sable de Milby qui est un sable très fin ((D[indice inférieur 50] = 0,247 mm et Cu= 3,2), (3) Le sable Eastman (D[indice inférieur 50] = 0,6 mm et Cu = 11,05) et (4) Le Till Eastman (D[indice inférieur 50] = 0,1 mm et Cu = 22). Les essais en laboratoire ont été réalisés sur une cellule oedométrique équipée d'un dispositif d'anneau piézoélectrique qui permet de déterminer à la fois la valeur le module oedométique (Eoed) à partir de la cellule et la mesure de Vs à partir de l'essai ring actuator développé à l'université de Sherbrooke. Il ressort de cette étude que la vitesse des ondes de cisaillement augmente avec l'augmentation du D[indice inférieur 50]. De plus, cette étude révèle qu'il existe une corrélation directe entre le module oedométrique et le module de cisaillement Gmax. Cette corrélation peut se traduire par une fonction de la forme de la forme Eoed / Gmax = f([sigma])
Estimation des fréquences naturelles d'un site par la méthode des rapports spectraux influence de la topographie
No full textLocalement, les mouvements du sol en surface peuvent être amplifiés durant un séisme. Les plus grands déplacements se situent à la fréquence naturelle du sol. Son estimation est donc nécessaire pour caractériser l'effet de site. L'analyse du bruit ambiant permet de déterminer directement la fréquence fondamentale hors activité sismique et sans nuisance pour l'environnement. Plusieurs campagnes de bruit ambiant ont été réalisées entre 2006 et 2007 par la commission géologique du Canada sur le territoire québécois. Les résultats obtenus ont permis de tester la validité de la méthode et d'en étudier les différents paramètres d'analyses. Une campagne d'enregistrement de bruit ambiant a été effectuée en juin 2007 dans le cadre d'une étude de stabilité de pente. Elle a permis de mettre en évidence le rôle important de la topographie dans l'estimation de la fréquence de résonance. Malgré une différence de hauteur du dépôt en amont et en aval de la pente, les fréquences naturelles sont identiques. Afin de confirmer l'influence de la topographie sur l'estimation locale de la fréquence de résonance, les résultats de deux méthodes d'investigation ont été comparés. La méthode MASW (Modal Analysis of Surface Waves), développée à l'université de Sherbrooke, permet de déterminer le profil des vitesses de cisaillement en surface et ainsi la fréquence propre. La méthode de Nakamura propose d'étudier le rapport spectral des composantes horizontales et verticales du bruit ambiant. Ce rapport spectral présente un pic à la fréquence fondamentale. Cette étude démontre que la méthode des rapports spectraux donne une estimation de la fréquence naturelle d'un sol qui prend en compte l'ensemble du relief. Les données obtenues à partir de la méthode MASW, ont permis d'effectuer des simulations numériques avec des vitesses de cisaillement du sol et des topographies différentes. Plusieurs modèles ont été réalisés pour trois vitesses de cisaillement, avec deux pentes différentes et avec une variation de topographie en surface et au niveau du roc. Les résultats obtenus indiquent que la topographie d'un site créée une bande de fréquence néfaste pour le dimensionnement parasismique. Cette bande est comparable au pic étalé en fréquence sur les rapports spectraux. Par ailleurs, les bornes de cette bande de fréquence sont les fréquences fondamentales théoriques des épaisseurs de dépôt extremum du site
Türkiye Mw 7.7 Pazarcık and Mw 7.6 Elbistan earthquakes of February 6th, 2023: Contribution of valley effects on damage pattern
No full textOn February 6th, 2023, southeastern Türkiye was shaken by two catastrophic earthquakes, close to northwestern Syrian border. The first earthquake (Pazarcık) occurred 45 km west of Gaziantep at 1:17:32 (UTC), with a shallow strike-slip faulting at a depth of approximately 8.6 km and a moment magnitude (MW) of around 7.7. The second event (Elbistan) took place 9 h later, 66 km north-east of Kahramanmaraş city center, also with shallow strike-slip faulting at a depth approximately 7 km and an MW of around 7.6. Turkish authorities reported a death toll of over 59,000 in Türkiye and about 8500 in Syria. The destructive effect of the earthquake resulted from widespread strong ground shaking, a rupture length exceeding 300 km, causing collapse of a large number of buildings. The catastrophic destruction of the built environment was accompanied by a range of other earthquake-related effects, including fault ruptures, landslides, and soil liquefaction. The aim of the study is to analyze the distribution of ground motion and their relationships with the observed damages for the two events. Spectral accelerations of key importance were assessed across a large area in the southeastern part of Türkiye. Notably, these accelerations were generally much higher than existing design spectra. A significant correlation between the observed concentration of damage and the significant amplification of motion induced by local soil conditions (such as soft soils and valley effects). The distinct tectonic structure of the region could be the main reason for the high amplification in the valleys (associated with basin effects), even at large distances from the epicenter, especially in correspondence with the bidimensional graben-type geological structures. The investigation delved into the analysis of four specific regions in detail: Antakya and Hassa (both in the Hatay province), Kahramanmaraş and Göksun. Notably, the observable valley effects were found to play a significant role and could account for the significant damage observed in these regions
Modélisation numérique de la distribution de la poussée latérale des terres en excavations profondes étançonnées
No full textThis thesis aims to study the various parameters that may affect the lateral pressure on propped deep excavations. The parametric studies were carried out using numerical modeling based on the finite element method. Extensive parametric studies were performed to explore the effect of soil parameters and the arrangement and the properties of the retaining system on the distribution of lateral pressure. The results of numerical modeling are generally comparable to those obtained with classical design approaches using the apparent pressure diagrams that were developed by Peck (1969) and Tschebotarioff (1973). In the case of small thicknesses as well as small penetration depths, the lower struts reveal higher prop forces. According to the configuration of the excavation, the prestressing force may vary from one prop to another. Finally, some practical recommendations are given for geotechnical design of supported deep excavations
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