Finite element analyses using coupled Eulerian-Lagrangian technique are performed to investigate the effect of soil conditions on plugging of open-ended piles in sands. Results from numerical simulations are compared against the data from field load tests on three open-ended piles and show very good agreement. A parametric study focusing on determination of the coefficient of lateral earth pressure (K) in soil plug after pile driving are then performed for various soil densities, end-bearing conditions, and layering conditions. Results from the parametric study suggest that the K value in the soil plug - and hence the degree of soil plugging - increases with increasing soil densities. The analysis results further show that the K value within the soil plug can reach about 63 to 71% of the coefficient of passive earth pressure after pile driving. For layered soil profiles, the greater K values are achieved after pile driving when the denser soil layer is present near the pile base regardless of number of soil layers. This study provides comprehensive numerical and experimental data that can be used to develop advanced theory for analysis and design of open-ended pipe piles, especially for estimation of inner shaft resistance after pile driving.
Wharfs are essential to shipping and support very large gravity loads on both a short-term and long-term basis which cause quite large seismic internal forces. Therefore, these structures are vulnerable to seismic activities. As they are supported on vertical and/or batter piles, soil-pile interaction effects under earthquake events have a great importance in seismic resistance which is not yet fully understood. Seismic design codes have become more stringent and suggest the use of new design methods, such as Performance Based Design principles. According to Turkish Code for Coastal and Port Structures (TCCS 2008), the interaction between soil and pile should somehow be considered in the nonlinear analysis in an accurate manner. This study aims to explore the lateral load carrying capacity of recently designed wharf structures considering soil-pile interaction effects for different soil conditions. For this purpose, nonlinear structure analysis according to TCCS (2008) has been performed comparing simplified and detailed modeling results.
Dynamic soil-pile interaction is the main concern in the design of group piles under earthquake loadings. The lateral resistance of the pile group under dynamic loading becomes different from that of a single pile due to the group pile effect. However, this aspect has not yet been properly studied for the pile group under seismic loading condition. Thus, in this study the group pile effect was evaluated by performing a series of dynamic centrifuge tests on $3{\times}3$ group pile in dry loose sand. The multiplier coefficients for ultimate lateral resistance and subgrade reaction modulus were suggested to obtain the p-y curve of the group pile. The suggested coefficients were verified by performing the nonlinear dynamic analyses, which adopted Beam on Nonlinear Winkler Foundation model. The predicted behavior of the pile group showed the reasonable agreement compared with the results of the centrifuge tests under sinusoidal wave and artificial wave.
Kim, Min-Kee;Kyung, Doo-Hyun;Hong, Jung-Moo;Lee, Jun-Hwan
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.24
no.11
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pp.71-77
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2008
In this study, CPT-based methodology for estimating the ultimate lateral resistance, $p_u$, is proposed and verified for lateral loaded piles in sandy soil. Preexistent methods estimating the ultimate lateral resistance, $p_u$, and the ultimate lateral capacity, $H_u$, of pile have been based on the vertical effective stress, relative density, and the coefficient of lateral earth pressure. Similarly, cone resistance $q_c$ in pure sandy soil is expressed by those essential factors. As correlation between $p_u$ and $q_c$ are normalized with average effective stress ${\sigma}_m$, estimation methodology for the lateral loaded pile of $p_u$ in sandy soil is proposed. The method is verified by calibration chamber test results in pure sand. The standard derivation of estimated $p_u$ is 0.279, and COV (Coefficient Of Variation) of estimated $p_u$ is 0.272. These results showed that the estimated pus by the method are analogous with the measured $p_us$ in calibration chamber test.
A fundamental study of drilled shafts-soil systems subjected to lateral cyclic loading in weathered soil was conducted using numerical analyses. The emphasis was on quantifying the soil resistance of laterally cyclic loaded pile using 3D finite element analysis. The appropriate parametric studies needed for verifying the cyclic p-y characteristic are presented in this paper. A framework for determining the cyclic lateral load transfer curve (p-y curves) on the basis of numerical analyses is proposed. Through comparisons with results of field load tests, the three-dimensional numerical methodology in the present study is in good agreement with the general trend observed by in situ measurements and thus, represents a realistic soil-pile interaction for laterally loaded piles in soil than that of existing p-y method. It can be said that a rigorous present analysis can overcome the limitations of existing cyclic p-y methods to some extent by considering the effect of realistic three-dimensional combination of pile-soil forces. The proposed cyclic p-y curve is shown to be capable of predicting the behavior of the drilled shafts in weathered soil.
Integral bridges are typically designed with flexible foundations that include one row of piles. The construction of integral bridges solves difficulties due to the maintenance of expansion joints and bearings during serviceability. It causes integral bridges to become more economic comparing with conventional bridges. Research has been focused not only to enhance the seismic performance of newly designed bridges, but also to develop retrofit strategies for existing ones. The local performance of the pile to abutment connection will have a major effect on the performance of the structure and the embedment length of pile inside the abutment has a key role to provide shear and flexural resistance of pile-abutment connections. In this paper, a simple method was developed to estimate the initial value of embedment length of the pile for retrofitting of specimens. Four specimens of pile-abutment connections were constructed with different embedment lengths of pile inside the abutment to evaluate their performances. The results of the experimentation in conjunction with numerical and analytical studies showed that retrofitting pile-abutment connections with CFRP wraps increased the strength of the connection up to 86%. Also, designed connections with the proposed method had sufficient resistance against lateral load.
When a lateral load is applied to a short pile whose embedded depth is relatively smaller than its diameter, an overturning failure occurs. To investigate the behavior of laterally loaded short piles, several model tests in laboratory scales had been carried out, however the behavior of large moment carrying piles for electric poles, traffic sign and road lamp, etc. have not been revealed yet. This paper deals with the real-scale load tests for 750 mm diameter short piles. To simulate the actual loading condition, very large moment was mobilized by applying lateral loads to the location 8 m away from the pile head. Three load tests changing the pile embedded lengths to 2.0 m, 2.5 m, and 3.0 m were carried out. The test piles overturned abruptly with very small displacement and rotation before the failures. These brittle failures are in contrast with the ductile failures shown in the former model tests with the relatively smaller moment to lateral load ratio. Comparisons of the test results with three existing methods for the estimation of the ultimate lateral capacity show that the method assuming the rotation point at pile tip matches well when the embedded depth is small, however, as the embedded depth increases the other two methods assuming the inversion of soil pressure with respect to rotation points in pile length match better.
Kim, Min-Kee;Hwang, Sung-Wook;Kyung, Du-Hyun;Lee, Jun-Hwan
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.1083-1086
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2008
In this study, Estimate solutions of ultimate lateral resistances for lateral loaded piles are proposed using cone penetration values, $q_c$ values, as CPT results. Cone penetration values, $q_c$ values measured on clean sand layers, are represented by factors for relative densities, axial stresses, and lateral stresses which are important on analysis of sandy soil layers. Also, these factors are same factors to consider existed estimations of ultimate lateral capacity. In this study, estimation of ultimate lateral capacity for lateral loaded piles using CPT results is proposed, and this estimation is verified by adequate analysis for effective reliability.
Kim, Byung-Il;Han, Sang-Jae;Kim, Jong-Seok;Kim, Do-Hyung
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.1
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pp.75-91
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2014
In this study the analysis is performed for influencing factors on the behavior of rigid piles (short pile) by research papers and case study. The results indicated that the point of virtual fixity should be calculated considering the relative stiffness of soil and pile, and Chang (1937) and P-Y method estimated the similar fixity. The values of ultimate resistances of a vertical pile to a lateral load are different for laboratory and field tests in cohesive soils and its ultimate values in laboratory tests are underestimated and in field tests are under or overestimated. The estimated resistance by Hansen (1961)'s method is similar to the value of field tests. The horizontal resistances to laterally loaded pile in cohesionless soils are overestimated in laboratory tests and generally overestimated in field tests. The ultimate resistances by Zhang (2005)'s method, used to the empirical distribution of the resistance, are similar to the test results. In the paper the calculating method and distribution of the ultimate resistance in cohesive soils are proposed. The estimated value by the proposed method is closer to the test results than any other method of calculating ultimate resistance of the piles embedded into cohesive soils.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.42
no.5
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pp.144-150
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2000
This study dealt with the comparison of lateral baring capacity for vertical PHC pile between predicted and measured values driven in weathered granite soils to build world cup gymnasium in Kwangju area. Recently, the calculation of horizontal bearing capacity of piles foundation has been considered very important for earthquake or wind resistant design in Korea. During this study , Matlock & Reese, Broms and Chang's methods were selected in prediction of lateral resistant of PHC piles. As for case study, the prediction values were compared with 5 measured ones based on ASTM. The result showed that prediction values proposed by Matlock & Reese , Chang and Broms were smaller that real values. Three proposed methods by Matlock & Reese and Chang based on lateral deflection and Broms by ultimated lateral resistance turned out valid in view of engineering practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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