Centrifuge modelling of pipe piles in sand under axial loads

Abstract

A series of model pile tests have been performed in the geotechnical centrifuge at the University of Western Australia to study the behaviour of driven piles in homogeneous sand. Open, sleeved and closed-ended piles have been driven by a miniature pile driving actuator into silica flour of varying densities. The model pile was fully instrumented, allowing strain gauge data to be monitored during dynamic and static testing. Analysis of the load tests revealed that the shaft friction increased approximately linearly with depth at a low rate, but with a marked increase close to the pile tip. The average shaft friction for the closed-ended tests was shown to be greater than for the open-ended tests. For all tests, the average values of shaft friction were greater than those suggested by current guidelines for design of offshore piles (API RP2A), and the ratio of tensile to compressive shaft capacity was always below unity. The end-bearing resistance normalized by the cone tip resistance was shown to reduce with depth for a given base displacement. Furthermore, tests conducted at similar depths in samples of different densities revealed that this form of normalization allows the end-bearing response to be reduced to a single curve. On the basis of these results, hyperbolic end-bearing mobilization curves have been developed for design and are compared with similar curves proposed by other researchers. Une série d'essais de piles modàles a été réalisée dans la centrifuge géotechnique de I'University of Western Autralia pour étudier le comportement de piles enfoncées dans du sable homogène. Des piles à extrémités ouvertes, à manchon et à extrémités fermées ont été enfoncées par un mini-actuateur dans un plancher de silice variant en densité. La pile modèle Rait dotée de toute une gamme d'instruments permettant de suivre les données produites par la jauge de contrainte pendant les essais dynamiques et statiques. L'analyse des essais de charge a révélé que la friction d'arbre augmentait faiblement de manière presque linéaire en descendant, mais que I'augmentation était plus marquée près I'extrémité de la pile. La friction d'arbre moyenne dans les essais de pile á bout fermé s'est révélée plus haute que dans les essais de pile à bout ouvert. Pour tons les essais, les valeurs moyennes de friction d'arbre étaient plus hautes que celles suggérées par les directives actuelles pour la conception des piles offshore (API RP2A) et le rapport entre la capacité de traction et la capacité de compression était toujours en dessous de I'unité. La résistance de portée en bout, normalisée par la résistance à la pointe du cône, diminuait en même temps que la profondeur pour un dé-placement donné de la base. De plus, les essais menés & des profondeurs similaires dans des échantillons de différentes densités ont révélé que cette forme de normalisation permet de réduire la réponse de résistance de portée en bout à une simple courbe. Sur la base de ces résultats, nous avons développé des courbes hyperboliques de mobilisation de résistance de portée en bout pour les études conceptuelles et nous les comparons avec des courbes similaires proposées par d'autres chercheurs.