One-dimensional analysis of soil plugs in pipe piles

Abstract

Under static loading in compression, open-ended piles may fail in a plugged mode, with the soil plug moving with the pile, or in an unplugged mode, with shear failure occurring between the soil plug and the pile shaft. It may be shown that, under drained loading conditions, the former mode of failure will generally occur, because arching action within the pipe pile leads to high frictional capacity of the plug. However, under faster rates of loading relevant to the offshore environment, the increase in effective stresses within the soil plug is limited and the plug capacity is significantly lower. The Paper presents a simple one-dimensional analysis of the soil plug under partially drained conditions. The analysis has been implemented numerically, and the resulting program used to derive design charts which give the plug capacity as a function of the soil plug parameters and the rate of loading. These design charts are presented in appropriate non-dimensional form, with example calculations included for typical offshore piles in calcareous soil. Sous chargement statique en compression les pieuz à bouts ouverts peuvent subir la rupture dans le mode bouché, dans lequel le bouchon de sol se meut avec le pieu, ou bien dans le mode non-bouché, dans lequel la rupture au cisaillement a lieu entre le bouchon de sol et le fût du pieu. On peut démonstrer que dans des conditions drainées le mode bouché aura lieu en général, car l'effet de voûte à l'intérieur du pieu creux provoque une haute capacité de frottement dans le bouchon. Avec des vitesses supérieures de chargement dans l'environnement en mer l'accroissement des contraintes effectives à l'intérieur du bouchon de sol est cependant limité et la capacité du bouchon est réduite d'une façon importante. Cet article présente une analyse unidimensionnelle très simple du bouchon de sol dans des conditions partiellement drainées. L'analyse a été développée de façon numérique et le programme qui en résulte est utilisé pour construire des abaques de profeteurs qui donnent la capacité du bouchon en fonction des paramètres du bouchon de sol et de la vitesse de chargement. Ces abaques de construction sont présentées dans une forme non-dimensionnelle convenable, en incluant des exemples de calculs pour des pieux typiques dans un sol calcaire en mer.