Incorporating Pile Set-Up in the Serviceability-Limit-State Design of Driven Piles

Markus Jesswein, Jinyuan Liu, Hamid Batenipour

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Cet article présente une conception basée sur la fiabilité (RBD) pour l'état limite de service (SLS) des pieux battus en acier qui incorpore la configuration du pieu, qui est l'augmentation en fonction du temps de la capacité du pieu. Une base de données de tests Pile Driving Analyzer (PDA) a été utilisée pour caractériser statistiquement les incertitudes par une méthode de conception basée sur le test de pénétration du cône (CPT). Un modèle de tangente hyperbolique a été adopté pour représenter la réponse charge-déplacement dérivée du PDA d'un pieu, et la composante de charge du modèle a été normalisée avec la capacité obtenue à partir du test PDA. Une nouvelle méthode de conception basée sur le CPT a été développée en corrélant les résistances des pieux aux conditions du sol. Le biais de capacité, un rapport de la capacité mesurée à la capacité prévue, a été obtenu à partir de chaque essai de pieu et caractérise l'incertitude du modèle des prévisions par la méthode de conception. Sur la base des tests PDA, les distributions de probabilité ont été ajustées pour les biais de capacité et le paramètre du modèle hyperbolique-tangent. Enfin, des simulations de Monte Carlo ont été utilisées avec les distributions de probabilité pour calibrer les facteurs de résistance dans le RBD. En fin de compte, une série de facteurs de résistance ont été développés pour déterminer la charge admissible à un SLS en tenant compte des différents indices de fiabilité et des périodes de configuration. Cette recherche vise à gérer les risques et à réaliser des économies de coûts pour le développement des infrastructures.

ABSTRACT: This paper presents a reliability-based design (RBD) for the serviceability limit state (SLS) of driven steel piles that incorporates pile set-up, which is the time-dependent increase in pile capacity. A database of Pile Driving Analyzer (PDA) tests was used to statistically characterize the uncertainties by a design method based on the cone penetration test (CPT). A hyperbolic tangent model was adopted to represent the PDA-derived load-displacement response of a pile, and the load component of the model was normalized with the capacity obtained from the PDA test. A new CPT-based design method was developed by correlating the pile resistances to the soil conditions. The capacity bias, a ratio of the measured to predicted capacity, was obtained from each pile test and characterizes the model uncertainty of predictions by the design method. Based on the PDA tests, probability distributions were fitted for the capacity biases and hyperbolic-tangent-model parameter. Lastly, Monte Carlo simulations were used with the probability distributions to calibrate resistance factors in the RBD. In the end, a series of resistance factors were developed to determine the allowable load at a SLS with consideration of different reliability indices and set-up periods. This research is aimed to manage risks and deliver cost-savings for infrastructure development.

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