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LES PLÉNIÈRES 2015Sciences et techniquesdu Génie Civil
JOURNÉESGÉOTECHNIQUE
Modélisation Physique du Comportement des Pieux Hélicoïdaux
Luc THOREL –IfsttarCristina TSHUA – Univ. Sao PauloJose Antonio SCHIAVON – Univ. Sao Paulo
Modélisation Physique
du Comportement
des Pieux Hélicoïdaux
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Plan
• Pieu Hélicoïdal• Applications• Modèle théorique proposé• Modélisation physique en centrifugeuse• Résultats• Conclusions-perspectives
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PIEU HELICOIDAL- galvanised steel shaft onto which is welded a series of low-pitched circular steel plates.
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APPLICATIONS : compression and tension applications
Tower foundationGuyed TowerSelf-Support Tower
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Foundation Repair Oil and Gas energy
Commercial
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Residential
Rail
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Helical pile investigations in Brasil
40000 m de pieux 80000 m de pieux
2.420 km
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Tension tests Compression tests
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Tower foundation anchors
Self-supporting towersSelf-supporting towersWind
compressionTension
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Tensile loadsTensile loads
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Pipeline anchors
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Installation Tensile loading
T
Ts
Th3
Th2
Th1
Qu
Qs
Qh3
Qh2
Qh1
Qs = f(Ts)
Qh = f(Th)
T = Qu =
∑ == N
1i hih TT ∑ == N
1i hih QQ
+ TsThQh + Qs
MODÈLE THÉORIQUE PROPOSÉ (SABLE)
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Qs = f(Ts)
d
TQ
s
s
2=
d
Ts
d Qs (torsional)
Qs axial = Qs torsional
Ts
dsand
Relation entre Qs et Ts
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Pitch
Qh = f(Th)
ThFat
)(.
2
rc
hh tgd
TQ
δθ +=
Th
TPower screw
Helical pile
Screw helix
Helical plate
Nut
Sand
Qhpo
w τ
Qh
τ
T
Relation entre Qh et Th
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Relations de Similitude
PrototypeσP = ρP gP zP
Modèle (réduit)
σm = ρm gm zm
Même état de contrainte entre 2 points homologues :
σ* = σm / σP = 1même sol ρ* = ρm / ρP = 1modèle réduit z* = zm / zP = 1/N
Augmentation des forces de masse, par ex. :MACROGRAVITE
g* = gm / gP = N
MODÉLISATION PHYSIQUE EN CENTRIFUGEUSE
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Préparation du conteneur par pluviation
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Installation Arrachement
Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J., 2007 Physical modelling of helical pile anchors. Int. J. Physical Modelling in Geotechnics ISSN 1346-213X vol.7, n°4, pp1-12,
dP = 132mm 98mm 64mm DP= 440mm 325mm 214mm
3 géométries à l’échelle prototype
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Echelle 1/22
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RESULTATS : sable lâche (ID=56%)
DP= 440mm DP= 325mm
DP= 214mm
3 hélices ~3× 1 hélice
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RESULTATS : sable dense (ID=85%)
DP= 440mm
DP= 325mm
DP= 214mm
¿¿¿3 hélices ~3× 1 hélice???
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Qh meas. = 0.98 Qh pred.
2
)tan(
21
∑=
++=
N
iriiciih
s
dQdQ
Tδθ
RESULTATS : Relationship between uplift capacity and installation torque
Tsuha et al. 2007
Qh predicted (kN)
Qh
me
asu
red
(kN
)
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soil disturbed
1 time
undisturbed sand
soil disturbed
1 timesoil
disturbed 1 time
soil disturbed
2 times
soil disturbed 3 times
soil disturbed
2 times
RESULTATS : Les propriétés du sable sont-elles modifiées lors de l’installation?
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RESULTAT : Effet de l’installation
dense sand the difference in compactness between the sand penetrated by a helix one time and the sand penetrated two or three times is considerable
Looser sand after pile installation, the final relative densities of the sand above the three helices are
similar
dense sand loose sand
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ConclusionCharge d’arrachement bien estimée à partir du couple d’installationDans le sable lâche les effets des hélices se cumulentDans le sable dense la mise en place perturbe le massif et réduit
l’efficacité des hélices supérieures
PerspectivesQuantification de la perturbation sur Qs : pointe perdueObservation de la zone perturbée : tomographieChargement cyclique en traction
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Pour en savoir plusTsuha, C.H.C. (2007) Theoretical model to control on site the uplift capacity of helical screw piles embedded in sandy soil. Ph.D. thesis, Department of Geotechnics, Sao Carlos School of Engineering, University of Sao Paulo, Brazil.Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J., 2007 Physical modelling of helical pile anchors. Int. J. Physical Modelling in Geotechnics ISSN 1346-213X, vol.7, n°4, pp1-12.Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J. 2010. Modélisation physique de pieux hélicoïdaux mis en place dans du sable. Revue Française de Géotechnique. n°130, pp1-9.Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J. 2012. An evaluation of the efficiencies of helical anchor plates in sand by centrifuge model tests. Canadian Geotechnical J. 49, pp.1102–1114 doi:10.1139/T2012-064.Tsuha C.H.C., Mosquera Z.Z., Schiavon J.A., Thorel L. 2015 Discussion of “Field investigation of the axial resistance of helical piles in dense sand (Gavin et al. 2014)”. Canadian Geotechnical J. doi 10.1139/cgj-2015-0212.Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J., 2008. Modélisation physique de pieux hélicoïdaux vissés dans du sable. Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur, Nantes 18-19 juin JNGG08. ISBN 9782720825204. pp 271-278.Tsuha C.H.C., Aoki N., Thorel L., Rault G., Garnier J., 2010 Physical modelling of helical screw piles in sand. 7th international Conference on Physical Modelling in Geotechnics June 28 th- july 1st, Zurich, Springman, Laue & Seward (eds) Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-59288-8, pp.841-846.Tsuha C.H.C. , Thorel L. , Rault G., Garnier J. 2013 Evaluation of the Effect of Installation on the Helical Pile Performancein Sand by Centrifuge Tests 1st International Geotechnical Symposium on Helical Foundations, Boston. August 8 – 10, 2013 Amherst, Massachusetts pp.308-319.Tsuha C.H.C., Santos T.C., Rault G., Thorel L., Garnier J., 2013 Influence of multiple helix configuration on the uplift capacity of helical anchors. Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2-6sept. 2013, pp.2893-2896.Tsuha C.H.C., Aoki N., Rault G., Thorel L., Garnier J. 2014. Centrifuge modelling of installation effects on helical anchor performance in sand. 8th ICPMG Int. Conf. on Physical Modelling in Geotechnics, Perth 14-17 january, pp.785-791.Schiavon J.A., Dos Santos Filho J.M.S., Tsuha C.H.C., Thorel L. 2015 The occurrence of residual stresses in helical piles. PanAm, Buenos Aires, nov.2015.
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RemerciementsProfesseur Cristina TSUHA
Doctorant José Antonio SCHIAVON
Brazilian Agency CAPES (Ministry of Education)International Cooperation USP/Cofecub project n°2012.1.678.1.9.
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3ème Congrès Européen de Modélisation Physique en Géotechnique
Ifsttar centre de Nantes1er-3 juin 2016
http://eurofuge2016.ifsttar.fr/