Lateral stress changes and shaft friction for model displacement piles in sand

摘要

The paper describes a series of tests performed in a drum centrifuge on instrumented model displacement piles in normally consolidated sand. These tests examined the influence of the pile installation method, the stress level, and the pile aspect ratio on the increase in lateral effective stress on the pile shaft during static load testing to failure. A parallel series of constant normal load and constant normal stiffness (CNS) laboratory interface shear experiments was performed to assist interpretation of the centrifuge tests. It is shown that although the cycling associated with pile installation results in a progressive reduction in the stationary horizontal effective stress acting on a pile shaft and densification of the sand in a shear band close to the pile shaft, this sand dilates strongly during subsequent shearing to failure in a static load test. The dilation (the amount of which depends on the cyclic history) is constrained by the surrounding soil and therefore leads to large increases in lateral effective stresses and hence to large increases in mobilized shaft friction. The increase in lateral stress is shown to be related to the radial stiffness of the soil mass constraining dilation of the shear band and to be consistent with measurements made in appropriate CNS interface shear tests. The paper's findings assist in the extrapolation of model-scale pile test results to full-scale conditions.Key words: sand, displacement pile, centrifuge tests, shaft friction.Cet article décrit une série d'essais réalisés dans un centrifuge en forme de tambour sur des modèles de pieux à déplacement instrumentés placés dans un sable normalement consolidé. Ces essais examinent l'influence de la méthode d'installation des pieux, du niveau des contraintes et du rapport géométrique du pieu sur l'augmentation de la contrainte latérale effective sur le fût du pieu durant l'essai de chargement statique à la rupture. On a réalisé en parallèle une série d'expériences de cisaillement à l'interface en laboratoire, à charge et rigidité normales constantes, pour aider à l'interprétation des essais au centrifuge. Il est montré que, quoique la charge cyclique associée à l'installation du pieu résulte en une réduction progressive de la contrainte effective stationnaire horizontale agissant sur le fût du pieu et en une densification du sable dans une bande de cisaillement près du fût du pieu, ce sable se dilate fortement durant le cisaillement subséquent à la rupture dans un essai de chargement statique. La dilatation dont la quantité dépend de l'histoire des contraintes est confinée par le sol environnant, et en conséquence, conduit à de fortes augmentations des contraintes effectives latérales et de là, à de fortes augmentations du frottement mobilisé au fût. On montre que l'augmentation en frottement latéral est reliée à la rigidité radiale de la masse de sol contenant la dilatation de la bande de cisaillement et est cohérente avec les mesures faites dans des essais appropriés de cisaillement CNS sur l'interface. Les résultats de cet article aident à l'extrapolation des résultats d'essais de pieux, de l'échelle du modèle à des conditions de pleine échelle.Mots clés : sable, pieu à déplacement, essais au centrifuge, frottement du fût.[Traduit par la Rédaction]