Evaluation of variable permeability model in simulation of seismic behavior of uniform level and gently sloping sand layers

Evaluación del modelo variable de permeabilidad en la simulación del comportamiento sísmico de capas arenosas planas y ligeramente inclinadas

En este estudio se presenta un modelo parejo dinámico de los elementos finitos para la simulación numérica del nivel de respuesta de las capas de una cuesta arenosa saturada objeto de una carga cíclica. Este mecanismo utiliza un modelo constitutivo de plasticidad de dos superficies en estado crítico para simular el comportamiento cíclico de los suelos arenosos. Además, se implementó una función de permeabilidad variable recientemente propuesta en el modelo numérico para reflejar los efectos de estas variaciones durante el fenómeno de licuefacción. El modelo numérico ha sido validado al simular varias pruebas bien documentadas de centrifugación geotécnica con diferentes densidades relativas de arena, línea de tiempo de aceleración base, e inclinación superficial de la capa arenosa. Los resultados obtenidos confirman que el modelo desarrollado es capaz de simular el comportamiento de las capas arenosas bajo cargas cíclicas en condiciones planas y de ligeramente empinadas.

Introducción

En las últimas décadas, la simulación del comportamiento sísmico de capas de arena saturadas se ha extendido enormemente a través de diferentes metodologías basadas en estudios analíticos, empíricos, experimentales y numéricos. Entre los diferentes enfoques, la simulación numérica presenta las ventajas de investigar la influencia de parámetros individuales de forma independiente. Tras el estudio numérico pionero de licuefacción de Zienkiewicz et al. (1978), el comportamiento de la capa de arena saturada bajo carga sísmica se ha investigado en una serie de estudios utilizando modelos numéricos (Prevost (1981), Finn et al. (1986), Hamada (1999), Byrne et al. (2004), Taiebat et al. (2007), Valsamis et al. (2010), Shahir et al. (2012), Pak et al. (2013), Karimi y Dashti (2015), Dobry et al. (2018), y Yang et al. (2020)). La mayoría de los estudios anteriores se han centrado en una condición geométrica específica. Solo en un pequeño número de estudios numéricos se han considerado tanto terrenos llanos como con pendientes suaves (Elgamal et al. (2002) y Andrianopoulos et al. (2007)). Elgamal et al. (2002) utilizaron un modelo elastoplástico para simular las características esenciales de respuesta de los geomateriales sensibles a la presión en condiciones generales de carga. Aplicaron este modelo elastoplástico para simular los experimentos nº 1 y nº 2 del proyecto Verification of Liquefaction Analysis by Centrifuge Studies (VELACS). El proyecto VELACS es un conocido programa de ensayos dinámicos de centrifugación que consta de nueve modelos geotécnicos construidos a partir de depósitos de suelos licuables o cimentados sobre ellos. Este proyecto ofrece una oportunidad eficaz para verificar la precisión de los diferentes procedimientos analíticos para la simulación de la respuesta de arenas saturadas a cargas cíclicas.