This study investigates the behavior of group of tapered and cylindrical piles. The bearing capacities of groups of tapered and cylindrical piles are computed and compared. Modeling of group of piles in this study is conducted in sand using three-dimensional finite element software. For this purpose, total bearing capacity of each group is firstly calculated using the load-displacement curve under specific load and common techniques. Then, the model of group of piles is reloaded under this calculated capacity to find group settlements, stress states on the lateral surfaces of group block, efficiency of group and etc. In order to calculate the efficiency of each group, single tapered and cylindrical piles are modeled separately. Comparison for both tapered and cylindrical group of piles with same volume is conducted and a relation to predict tapered pile group efficiency is developed. A parametric study is also performed by changing parameters such as tapered angle, angle of internal friction of sand, dilatancy angle of soil and coefficient of lateral earth pressure to find their influences on single pile and pile group behavior.
Lightweight concrete (LWC) provides an attractive alternative to conventional piles by improving the durability of deep foundations. In this paper, the drivability of cylindrical and tapered piles made of lightweight and common concrete (CC) under hammer impacts was investigated by performing field tests and numerical analysis. The different concrete mixtures were considered to compare the mechanical properties of light aggregate which replaced instead of the natural aggregate. Driving tests were also conducted on different piles to determine how the pile material and geometric configurations affect driving performance. The results indicated that the tapering shape has an appropriate effect on the drivability of piles and although lower driving stresses are induced in the LWC tapered pile, their final penetration rate was more than that of CC cylindrical pile under hammer impact. Also by analyzing wave propagation in the different rods, it was concluded that the LWC piles with greater velocity than others had better performance in pile driving phenomena. Furthermore, LWC piles can be driven more easily into the ground than cylindrical concrete piles sometimes up to 50% lower hammer impacts and results in important energy saving.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.377-386
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2015
The helical pile is a manufactured steel pile consisting of one or more helix-shaped bearing plates affixed to a central shaft. This pile is installed by rotating the shaft into the ground to support structural loads. Advantages of the helical pile are no need for boring or grout process, and ability to install a pile foundation with relatively light devices. In this study, an optimized design method for helical piles is proposed to minimize the material cost with consideration of the load bearing capacity obtained by the cylindrical shear method. The harmony search meta-heuristic algorithm was adopted for optimization process. The optimized design was verified by comparing with the 2009 International building code. It is noted that the optimization for the configuration of helical piles along with material cost proves to be an out-performed tool in designing helical pile foundation with economic feasibility.
In this paper various methods of determining of wave loads acting ofshore structures including impact load due to breaking wave are studied and corresponding model test was performed. In the theoretical approach wave load by nonbreaking wave and impact load by breaking wave is determined by Morrison's equation Goda's equation and impact wave equation, In the experimental approach wave load by nonbreaking wave acting on cylindrical pile used in offshore structures is determined by measuring the strain on a cylindrical pile and compared with theoretical calue. in the numerical approach impact load by breaking wave acting on a modeled cylindrical pile is calculated by usign ANSYS FEM program and compared with theoretical value. It is found that the experimental and numerical results are comparable to theoretical results, Thus the determination of wave load acting on offshore structures can be obtained by a proposed methods and it acceptable.
It is known that the response of piles is affected by the shape of pile as well as soil conditions. In order to investigate the characteristics of the axial responses and bearing capacities of non-displacement tapered and cylindrical piles in sands, 12 model pile load tests using a calibration chamber were conducted on model tapered and cylindrical piles, which were specially manufactured to measure the base and shaft load capacities independently. Results of the model tests showed that the shaft load of tapered piles continuously increased with pile settlement, whereas the shaft load of cylindrical piles reached ultimate values at a settlement equal to 4% of pile diameter. Therefore, taper piles have greater shaft loads than cylindrical one at the same settlement. It is also observed that the total load capacity of tapered piles is lower than cylindrical piles for dense sand but is greater than that of cylindrical piles for medium sand. The ultimate unit base resistance of tapered piles was greater than that of cylindrical piles for lateral earth pressure ratio greater than 0.4, and the shaft resistance was greater than that of cylindrical piles irrespective of lateral earth pressure ratio.
In this study, a 3D numerical model was used to predict nonlinear wave forces on a cylindrical pile installed in a shallow water region. The model was based on solving the viscous and incompressible Navier-Stokes equations for a two-phase flow (water and air) model and the volume of fluid method for treating the free surface of water. A new application was developed based on the cut-cell method to allow easy installation of complicated obstacles (e.g., bottom geometry and cylindrical pile) in a computational domain. Free-surface elevation, water particle velocities, and inline wave forces were calculated, and the results show good agreement with experimental data obtained by the Danish Hydraulic Institute. The simulation results revealed that the proposed model can, without the use of empirical formulas (i.e., Morison equation) and additional wave analysis models, reliably predict non-linear wave forces on an offshore wind turbine foundation installed in a shallow water region.
A novel approach for predicting lateral displacement caused by pile installation in anisotropic clay is presented, on the basis of the cylindrical and spherical cavities expansion theory. The K0-based modified Cam-clay (K0-MCC) model is adopted for the K0-consolidated clay and the process of pile installation is taken as the cavity expansion problem in undrained condition. The radial displacement of plastic region is obtained by combining the cavity wall boundary and the elastic-plastic (EP) boundary conditions. The predicted equations of lateral displacement during single pile and multi-pile installation are proposed, and the hydraulic fracture problem in the vicinity of the pile tip is investigated. The comparison between the lateral displacement obtained from the presented approach and the measured data from Chai et al. (2005) is carried out and shows a good agreement. It is suggested that the presented approach is a useful tool for the design of soft subsoil improvement resulting from the pile installation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.11
no.2
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pp.87-94
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1999
The Morison's formula has been commonly used in the determination of wave forces of sinusoidal waves acting on coastal or ocean structures of pile-supported type. In the case that plunging breakers are incident, the structures are subjected to impulsive breaking wave forces which are normally much larger than the Morison's. However, the impulsive breaking wave forces act in a very short time, and hence a dynamic structural analysis should be done to determine whether or not to include the forces in the design force items. In the present study, numerical methods for calculating the dynamic response of a vertically located cylindrical pile are developed. Static and dynamic displacements are then compared through several example analyses varying the structural properties of pile.
This research has focused on comparing the capacity predicted by the theoretical formula with the one measured by field load tests to examine characteristics of the bearing capacity of a helical pile. The helical pile is featured by a central shaft with one or more helical-shaped bearing plates. Being established by a small rotary attached to an excavator that applies toque, the helical piles can be readily constructed at narrow sites, especially in an urban area with relatively less noise than the others requiring driving and excavation. Although many cases of the helical pile constructions can be recently found, the bearing capacity of the pile has been limitedly studied. To this end, this contribution analyzes and presents comprehensive results of the ten field loading tests with an application of different parameters depending on joint condition and specification of the helical piles, and types of tests and grouting.
An important class of problems in the field of geotechnical engineering may be analyzed with the aid of a simple integro-differential equation. Behavior of "rigid" piles(say concrete piles), "deformable" piles(say gravel piles), pile groups, pile-raft foundations, heavily reinforced earth, flow within circular silos and down drag on cylindrical structures (for example the crusher unit of a mineral processing complex) are the type of situations that can be handled by this type of equation. The equation under consideration has the form; $$\frac{{\partial}w(r,\;z)}{{\partial}z}+f(z){\int}^z_0g({\xi})(\frac{{\partial}^2w(r,\;{\xi})}{{\partial}r^2}+\frac{1}{r}\frac{{\partial}w(r,\;{\xi})}{{\partial}r})d{\xi}+h(r,\;z)=0$$ where w(r, z) is the vertical displacement of a soil particle expressed as a function of the polar cylindrical space coordinates (r, z) and the symbols f, g and h represent soil properties and the loading conditions. The merit of the analysis is its simplicity (both in concept and in application) and the ease with which it can be expressed in a computer code. In the present paper the analysis is applied to investigate the behavior of a single rigid pile to bedrock. The emphasis, however, is placed on developing the equation, the numerical techique used in its evaluation and validation of the technique, hereafter called the ID technique, against a formal program, CRISP, which uses the FEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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