Soil–pile separation effect on the performance of a pile group under static and dynamic lateral loads

Author： Hussien Mahmoud N. Tobita Tetsuo Iai Susumu Rollins Kyle M.

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.47, Iss.11, 2010-11, pp. : 1234-1246

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Abstract

The effect of soil–pile separation is studied with respect to the performance of a laterally loaded pile group. Full-scale tests, which consist of a combination of a single and a 3 × 5 group pile under static and dynamic lateral loads, present a unique opportunity and allow a rigorous study without arbitrary parameter back-fitting. The coupled soil–pile system is idealized through two-dimensional finite elements with soil models idealized by a hyperbolic-type multiple shear mechanism. Nonlinear spring elements are used to idealize the soil–pile interaction through a hysteretic nonlinear load–displacement relationship. Joint elements with a separation–contact mechanism are used to idealize the separation effect at the soil–pile interface. Ignoring soil–pile separation in static tests overestimates the ultimate lateral load–carrying capacity by 43% for a single pile and 73% for the trailing pile in a closely spaced pile group. Moreover, neglecting soil–pile separation in dynamic tests overestimates the total group load–deflection curve in both the loading and unloading phases.La performance d’un groupe de pieux chargé latéralement a permis d’étudier l’effet de la séparation sol–pieu. Des essais à l’échelle réelle, qui consistaient en une combinaison d’un pieu unique et d’un groupe de 3 × 5 pieux soumis à des charges latérales statiques et dynamiques, sont une occasion unique et permettent d’effectuer une étude rigoureuse sans avoir recours à un rétro-ajustement des paramètres de façon arbitraire. Le système couplé sol–pieu est représenté par des éléments finis en deux dimensions, et les modèles de sols sont représentés par un mécanisme de cisaillement multiple de type hyperbolique. Des éléments de ressorts non linéaires sont utilisés pour représenter l’interaction sol–pieu par une relation de déplacement de charge non linéaire et hystérétique. Des éléments de joints, avec un mécanisme de contact-séparation, sont utilisés pour représenter l’effet de séparation à l’interface sol–pieu. Le fait d’ignorer la séparation sol–pieu lors d’essais statiques surestime la capacité ultime de support de charge latérale par 43% pour un pieu unique, et par 73% pour le dernier pieu dans un groupe de pieux rapprochés. De plus, si l’on néglige la séparation sol–pieu lors d’essais dynamiques, on surestime la courbe de chargement-déflection totale du groupe, autant pour la phase de chargement que la phase de déchargement.