Evaluating pile installation and subsequent thixotropic and consolidation effects on setup by numerical simulation for full-scale pile load tests: Fid-Bau Portal

Evaluating pile installation and subsequent thixotropic and consolidation effects on setup by numerical simulation for full-scale pile load tests

Abu-Farsakh, Murad

Abstract

Durant l’installation de pieux, le rapport des contraintes et l’indice des vides dans les sols environnants varient beaucoup, ce qui produit d’importants déplacements importants, de fortes contraintes, des perturbations du sol et entraîne l’apparition de surpressions interstitielles. Le sol perturbé environnant a tendance à redevenir résistant au fil du temps, sous l’effet des phénomènes de consolidation et de thixotropie. Dans le présent article, on a modélisé l’installation des pieux et les essais de consolidation, de thixotropie et de charge qui ont été réalisés à la suite de cette installation et à différents moments suivant la fin du battage des pieux (« EOD »), dans le cas de pieux expérimentaux installés sur le site du pont Bayou Laccassine, en Louisiane. Dans le modèle basé sur la méthode des éléments finis (MEF), le pieu était considéré comme un matériau élastique et le modèle Cam-clay modifié anisotrope (« AMCCM ») a servi à décrire le comportement des sols argileux environnants. L’installation des pieux a été modélisée par application des déplacements radiaux et verticaux recommandés au niveau des nœuds situés à l’interface sol-pieu (expansion volumétrique de cavité). Cette modélisation a ensuite consisté ensuite à appliquer une déformation verticale afin de générer des frottements à l’interface sol–pieu et de simuler des essais de charge statique. Les effets du phénomène de thixotropie ont été pris en compte à l’aide d’un facteur de réduction dépendant du temps, β, qui influe sur les frottements à l’interface et sur les propriétés des matériaux. La simulation numérique basée sur la MEF a notamment permis de constater l’apparition de suppressions interstitielles durant l’installation des pieux et leur dissipation au fil du temps, l’augmentation des contraintes effectives latérales à l’interface pieu-sol, des variations de l’état de contrainte des sols environnants et la disposition des pieux en fonction des phénomènes de consolidation du sol et de thixotropie à différents moments. Les résultats obtenus à l’aide de la MEF sont comparés aux valeurs mesurées lors des essais instrumentés de chargement des pieux en grandeur réelle et on constate une bonne concordance entre les mesures et les résultats prédits à l’aide de la MEF. [Traduit par la Rédaction]

During pile installation, stresses and void ratios in the surrounding soils change significantly, creating large displacements, large strains, soil disturbance, and development of excess pore-water pressures. The surrounding disturbed soil tends to regain its strength with time due to both consolidation and thixotropic effects. In this paper, the pile installation process and subsequent consolidation, thixotropy, and load tests conducted at different times after end of driving (EOD) were modeled for test piles at the Bayou Laccassine Bridge site, Louisiana. In the finite element (FE) model, the pile was considered as an elastic material and the anisotropic modified Cam-clay model (AMCCM) was used to describe the behavior of the surrounding clayey soils. Pile installation was modeled by applying prescribed radial and vertical displacements on the nodes at the soil–pile interface (volumetric cavity expansion), followed by vertical deformation to activate the soil–pile interface friction and simulate static load tests. The thixotropic effect was incorporated by applying a time-dependent reduction parameter, β, which affects both interface friction and material properties. Results from the FE numerical simulation include the development of excess pore-water pressure during pile installation and its dissipation with time, the increase in effective lateral stress at the pile–soil interface, changes in stress state of the surrounding soil, and setup attributed to both the soil consolidation and thixotropy at different times. FE results are compared with measured values obtained from full-scale instrumented pile load tests, which show good agreement between measured and FE-predicted results.