Piles passing through sloping liquefiable deposits are prone to lateral loading if these deposits liquefy and flow during earthquakes. These lateral loads caused by the relative soil-pile movement will induce bending in the piles and may result in failure of the piles or excessive pile-head displacement. Whilst the weak nature of the flowing liquefied soil would suggest that only small loads would be exerted on the piles, it is known from case histories that piles do fail owing to the influence of laterally spreading soils. It will be shown, based on dynamic centrifuge test data, that dilatant behaviour of soil close to the pile is the major cause of these considerable transient lateral loads which are transferred to the pile. This paper reports the results of geotechnical centrifuge tests in which models of gently sloping liquefiable sand with pile foundations passing through them were subjected to earthquake excitation. The soil close to the pile was instrumented with pore-pressure transducers and contact stress cells in order to monitor the interaction between soil and pile and to track the soil stress state both upslope and downslope of the pile. The presence of instrumentation measuring pore-pressure and lateral stress close to the pile in the research described in this paper gives the opportunity to better study the soil stress state close to the pile and to compare the loads measured as being applied to the piles by the laterally spreading soils with those suggested by the JRA design code. This test data shows that lateral stresses much greater than one might expect from calculations based on the residual strength of liquefied soil may be applied to piles in flowing liquefied slopes owing to the dilative behaviour of the liquefied soil. It is shown at least for the particular geometry studied that the current JRA design code can be un-conservative by a factor of three for these dilation-affected transient lateral loads.
This paper is results of extensive centrifuge model experiments about design factors influencing the bearing capacity and the settlement behaviors of SCP (Sand Compaction Pile). Centrifuge model tests were carried out changing design factors for SCP method such as replacement area ratio (as= 20, 40, 70%), improvement ratio to footing width (W/B = 1, 2, 3), and amount of fines in sand pile (#200 = 5, 10, 15). Therefore, the effects of these design factors on the bearing capacity and the settlement behavior of SCP were investigated and changes of stress concentratio rato due to such an design factors were also investigated. Centrifuge model testing technique for preparing and installing centrifuge model of sand compaction pile, using freezing them, was also developed. As results of centrifuge model tests, more fines in sand compaction pile increases the bearing capacity of SCP. Optimum improvement ratio to footing width was found to be 2. Values of stress concentration ratio was in the ranges of 1.5 - 3.5. The depth of bulging in sand piles was found in the range of 2.0 - 2.5 times of pile diameter.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.70-77
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2010
In this paper, a case study of drivability and bearing capacity of large diameter steel pipe piles at PTT LNG site in Thailand is introduced. The LNG facilities were designed to be founded on steel pipe pile foundations driven into the weathered rock formation overlaid by sand layers. The drivability analyses of open ended pipe piles were carried out using GRL WEAP program and the bearing capacities of the piles were estimated. Dynamic load tests were performed to evaluate end bearing resistance, and it is shown that the measured end bearing resistance is smaller than the calculated end bearing because the plugging does not develop sufficiently in case of large diameter pipe piles.
The current study focuses on the effect of the end shape of steel pipe piles on installation effort and bearing resistance using the pressing method of installation under dense ground conditions. The effect of pile rotation on the installation effort and bearing resistance is also investigated. The model steel piles with a flat end, cone end and cutting-edge end were used in this study. The test results indicated that cone end pile with the pressing method of installation required the least installation effort (load) and showed higher ultimate resistance than flat and cutting-edge end piles. However, pressing and rotation during cutting-edge end pile installation considerably reduces the installation effort (load and torque) if pile penetration in one rotation equal to the cutting-edge depth. Inclusion of rotation during pile installation reduces the ultimate bearing resistance. However, if penetration of the cutting-edge end pile equal to the cutting-edge depth in one rotation, the reduction in ultimate resistance can be minimized. In comparing the cone and cutting-edge end piles installed with pressing and rotation, the least installation effort is observed in the cutting-edge end pile installed with penetration rate equal to the cutting-edge depth per rotation.
Song-Do international city is the area developed in large-scale land reclamation. Song-Do area consists of reclamation layer, sedimentary layer(loose silt, soft clay and sand alternating) and residual layer from the ground surface. Therefore, using pile foundation is inevitable to build structures safely. In this area, driven PHC piles have been generally constructed in terms of environmental and economic conditions. As a result of analyzing 4 sites in Song-Do district 5 and 7 recently, the method of driving pile has many problems because of existence of rigid soil in sedimentary layer and installation of more than 30m piles. In this case, when installing piles by drive after pre-boring up to appropriate depth, the results of constructability analysis were very good. And in the economic efficiency, although 4% of construction cost rose, it was a very slight increase in comparison with improvement of workability. In the case of the stability, more than 70% compared to the allowable stress of piles was satisfied through the load test. As a result, when PHC piles is installed in Song-Do district, the proper construction method is that piles are located at bearing layer after boring rigid sand layer.
Monopiles, used as one foundation option for offshore wind turbines, are usually subjected to great cyclic lateral loads due to wind and wave. In this study, model pile load tests were performed using calibration chamber and three model piles with different pile lengths in order to investigate the behavior of laterally cyclic loaded piles driven into sand. Model test results show that the first loading cycle generates a bigger displacement than the following ones, and the permanent displacement of piles by one loading cycle decreases with increasing the number of cycles. 1-way cyclic loading causes the permanent displacement in the same direction as cyclic loading, whereas 2-way cyclic loading causes the permanent displacement in the reverse direction of initial loading. It is also observed that the permanent displacement of piles due to cyclic lateral loads increases with decreasing relative density of soil and with increasing the magnitude of cyclic loads. However, it is insensitive to the earth pressure ratio of soil and embedded pile length. In addition, based on the model pile load test results, equations for estimation of the permanent lateral displacement and rotation angle of piles due to 1-way cyclic lateral loads are proposed.
Deep foundations have been popularly installed in hard stratum such as gravels or rocks in Korea. However, it is necessary to consider sand or sandy gravel layers that locate at the mid-depths as the bearing stratum of piles in the thick Nakdong River deltaic deposits, as done in the Chaophraya (Bangkok) and Mississippi River deltas. This study was focused on the finding of suitable methods for estimating bearing capacity when driving prestressed high-strength concrete (PHC) piles to a required depth in the deltaic area. Ground investigation was performed at five locations of two sites in the deltaic area. Bearing capacity of the driven piles has been computed using a number of proposed methods such as CPT-based and other analytical methods, based on the ground investigation and comparison one another other. Five PDA (pile driving analyzer) tests were systematically carried out at the whole depths of embedded piles, which is a well-blown useful technique for the purposes. As the results, the bearing capacities calculated by various methods were compared with the PDA and static load testing results. It was found that the shaft resistance is significantly governed by set-up effects and then the long-term value agrees well with that of the $\beta$ method. Also, the design methods for toe resistance were determined based on the SLT result, rather than PDA results that led to underestimation. Moreover, using the CPT results, appropriate methods were proposed for calculating the bearing capacity of the piles in the area.
This paper presents experimental and numerical research results of centrifuge model tests performed to investigate the geotechnical engineering behavior of slag compaction pile as a substitute of sand compaction pile. For centrifuge model tests, bearing capacity of composit soil improved with slag compaction piles, stress concentrations in-between pile and soft clay, settlement characteristics, and failure modes were investigated with slags differing in their relative density. A slag was found to be a good substitute for a sand since the slag compaction pile model showed a greater yield stress intensity up to $30\%$ than the sand compaction pile model under the identical testing conditions. Stress concentration ratio tended to increase with the relative density of slag pile and the clear shear lines in the piles were observed at the depth of $2D{\sim}2.5D$ (D=dia. of model pile) from the top of the piles after loading tests. Numerical analysis with a software of CRISP, implemented with the modified Cam-clay model, was carried out to simulate the results of centrifuge model test. Test results about characteristics of load-settlement curves and stress concentration ratio are in relatively good agreements with numerical estimations.
Among soft ground improvement methods by using granular material, the sand compaction pile method has been widely utilized in Korea, but, as a result of shortage and increase of unit price of sand, a necessity of an alternative method has been required. In this study, a series of in-situ static load tests for crushed-stone compaction piles were performed. Pile diameter was fixed to 700mm and areas of loading plates were changed. The static load tests were performed for area replacement ratios of 20, 30 and 40% respectively. Based on the test results, bearing capacity of single crushed-stone compaction pile was estimated. It showed that the settlement decreases as the replacement ratio increases. Also, a yielding capacity equation of the crushed-stone compaction pile considering replacement ratio was suggested.
Karira, Hemu;Kumar, Aneel;Ali, Tauha Hussain;Mangnejo, Dildar Ali;Yaun, Li
Geomechanics and Engineering
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v.31
no.1
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pp.53-69
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2022
In densely built areas, the development of underground transportation systems often involves twin excavations, which are sometimes unavoidably constructed adjacent to existing piled foundations. Because soil stiffness degrades with induced stress release and shear strain during excavation, it is vital to investigate the piled raft responses to subsequent excavation after the first tunnel in a twin-excavation system. The effects of deep excavations on existing piled foundations have been extensively investigated, but the influence of twin excavations on a piled raft is seldom reported in the literature. In this study, three-dimensional numerical analyses were carried out to investigate the influence of sand density on an existing piled raft (with a working load on top of the raft) due to twin excavations. A wide range of relative density (Dr) from loosest (30%), loose to medium (50% and 70%), and densest (90%) were selected to investigate the effects on settlement and load transfer mechanism of the piled raft during twin excavations. An advanced hypoplastic sand model (which can capture small-strain stiffness and stress-state dependent dilatancy of sand) was adopted. The model parameters are calibrated against centrifuge test results in sand reported in the literature. From the computed results, it is found that twin excavations in loose sand (Dr=30%) caused the most significant settlement. This is because of the higher stiffness of denser sand (Dr=90%) than that of loose sand. In contrast, a much larger tilting (maximum magnitude=0.18%) was computed in dense sand than in loose sand after the completion of the first excavation. As far as the load transfer mechanism along the piles is concerned, an upward load transfer to mobilize shaft resistance is observed in loose sand. On the contrary, a downward load transfer is observed in dense sand.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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