The comparison of cohesive soil damping ratios obtained from resonant column tests and designated by the free-vibration decay and half-power bandwidth method

• Autorzy: Sas W.

Warianty tytułu

PL

Porównanie wartości współczynnika tłumienia gruntu spoistego z laboratoryjnych badań w kolumnie rezonansowej uzyskanych metodą krzywej gaśnięcia drgań swobodnych i metoda half-power bandwidth

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the aims of modern laboratory studies is searching for dynamic parameters in a small strain of a soil. The reason behind this trend is the higher level of density of urban areas. City traffic, including trams, cars and subway trains, as well as certain types of construction works, can generate seismic waves, which cause a small strain between the soil and the structure to occur. This may lead to an exceeded limit serviceability state. The three main dynamic parameters of the soil are: Young modulus, shear modulus and damping ratio. Estimation of the cohesive soils damping ratio by two methods, namely free-vibration decay and half-power bandwidth, is the main goal of this article. The author performed his own research on two silty clay specimens in a resonant column. The conducted research show that the damping ratio obtained by using the half-power bandwidth method has significant error margin, which is equal approximately 50-60%, yet the curve shapes are very similar to the ones obtained by using the second method discussed in this paper. In author's opinion, more research on cohesive soils has to be performed in order to introduce necessary corrections to half-power bandwidth equations.

PL

Jednym z celów we współczesnych badaniach laboratoryjnych jest poszukiwanie dynamicznych parametrów gruntu w tzw. małym zakresie odkształcń. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest m.in. coraz gęstsza zabudowa miejska, a także ruch miejski, w tym: tramwaje, samochody, pociągi metra i niektóre rodzaje robót budowlanych, które mogą generować powstawanie małych odkształceń na styku grunt - konstrukcja. Takie odkształcenia mogą prowadzić do przekroczenia stanu granicznego używalności konstrukcji. Grunt posiada trzy główne parametry dynamiczne: moduł odkształcalności podłużnej, moduł ścinania oraz współczynnik tłumienia. Głównym celem artykułu było wyznaczenie współczynnika tłumienia gruntu spoistego metodą krzywej gaśnięcia drgań swobodnych i metodą half-power bandwidth. Przeprowadzono badania w kolumnie rezonansowej na dwóch próbka iłu pylastego. Wyniki pokazują, że metoda half-power bandwidth przeszacowuje współczynnik tłumienia w stosunku do metody krzywej gaśnięcia drgań swobodnych od 50 do 60%. Jednak kształty uzyskanych krzywych współczynnika tłumienia w zależności od odkształcenia postaciowego są bardzo podobne. Stwierdzono, że należy przeprowadzić dalsze badania, mające na celu wprowadzenie poprawek do równań metody half-power bandwidth.

Słowa kluczowe

EN

soil parameter; laboratory test; field test; dynamic parameter; comparison; cohesive soil; resonant column; free-vibration decay; half-power bandwidth method

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Architectura
• Rocznik: 2016
• Tom: 15
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.83-94,fig.,ref.

Twórcy

autor

Sas W.

• Water Center Laboratory, Faculty of Civil Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, St. Ciszewskiego 6, 02-776 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Ahmadi, E., Khoshnoudian, F., Hosseini, M. (2015). Importance of soil material damping in seismic responses of soil-MDOF structure systems. Soils and Foundations, 55 (1), 35-44.
• ASTM (1992). Standard test method for modulus and damping of soils by the resonant column method: D4015-92. Annual book of ASTM standards. ASTM International, USA.
• Butterworth, J., Lee, J.H., Davidson, B. (2004). Experimental determination of modal damping from full scale testing. 13th world conference on earthquake engineering, Vancouver, Paper 310, August.
• Camacho Tauta, J.F., Santos, J.A., Viana da Fonseca, A. (2010). Strain level and vibration frequency in resonant - column tests. Proceedings of the 13th Congreso Colombiano de Geo-tecnia - VII Seminario Colombiano de Geotecnia, 21-24.09.2010. Manizales, Columbia (doi: 10.13140/2.1.4019.6485).
• Chopra, A.K. (1995). Dynamics of structures. Prentice Hall, New Jersey.
• Das, B., Ramana, G.V. (2010). Principles of soil dynamics. Cengage Learning, Stamford.
• Flaga, A., Szulej, J., Wielgos, P. (2008). Comparison of determination methods of vibration's damping coefficients for complex structures. Budownictwo i Architektura, 3, 53-61.
• Gabryś, K., Sas, W., Soból, E. (2015). Small-strain dynamic characterization of clayey soil. Acta Sci. Pol. Architectura, 14 (1), 55-65.
• Hoyos, L.R., Cruz, J.A., Puppala, A.J., Douglas, W.A., Suescún, E.A. (2013). Dynamic shear modulus and damping of compacted silty sand via suction-controlled resonant column testing. Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, 1125-1128.
• Ishihara, K. (1996). Soil behaviour in earthquake geotechnics. Oxford University Press, Clarendon Press.
• Lim, Y., Nguyen, T.H., Lee, S.H., Lee, J.W. (2013). Evaluation of Dynamic Properties of Trackbed Foundation Soil Using Mid-size Resonant Column Test. International Journal of Railway, 6 (3), 112-119.
• Magalas, L.B., Malinowski, T. (2003). Measurement techniques of the logarithmic decrement. Solid State Phenomena, 89, 247-260.
• Papagiannopoulos, G.A., Hatzigeorgiou, G.D. (2011). On the use of the half-power bandwidth method to estimate damping in building structures. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31 (7), 1075-1079.
• PN-EN ISO 14688-1:2006 Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 1: Oznaczanie i opis.
• Sas, W., Gabryś, K., Soból, E., Szymański, A., Głuchowski, A. (2015a). Stiffness and damping of selected cohesive soils based on dynamic laboratory tests. W: Wybrane zagadnienia konstrukcji i materiałów budowlanych oraz geotechniki. Red. M. Dobiszewska, A. Podhorecki. Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz, 325-332.
• Sas, W., Gabryś, K., Szymański, A., Soból, E. (2015b). Właściwości tłumienia naturalnych gruntów spoistych w zakresie małych odkształceń. Inżynieria Morska i Geotechnika, 36 (3), 275-280.
• Senetakis, K., Anastasiadis, A., Pitilakis, K. (2015). A comparison of material damping measurements in resonant column using the steady-state and free-vibration decay methods. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 74, 10-13.
• Soból, E., Sas, W., Szymański, A. (2015). Zastosowanie kolumny rezonansowej do określenia reakcji gruntów drobnoziarnistych obciążonych dynamicznie. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 68, 133-144.
• Sun, J., Gong, M., Tao, X. (2013). Dynamic shear modulus of undisturbed soil under different consolidation ratios and its effects on surface ground motion. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 12 (4), 561.
• Tallavo, F., Cascante, G., Sadhu, A., Pandey, M.D. (2013). New Analysis Methodology for Dynamic Soil Characterization Using Free-Decay Response in Resonant-Column Testing. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 140 (1), 121-132.
• Wang, J.T., Jin, F., Zhang, C.H. (2012). Estimation error of the half-power bandwidth method in identifying damping for multi-DOF systems. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 39, 138-142.
• Wang, J., Lü, D., Jin, F., Zhang, C. (2013). Accuracy of the half-power bandwidth method with a third-order correction for estimating damping in multi-DOF systems. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 12 (1), 33-38.
• Wu, B. (2015). A correction of the half-power bandwidth method for estimating damping. Archive of Applied Mechanics, 85 (2), 315-320.
• Zhang, J., Andrus, R.D., Juang, C.H. (2005). Normalized shear modulus and material damping ratio relationships. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131 (4), 453-464.