6
การประมาณน้ําหนักบรรทุกประลัยของเสาเข็มกดในชั้นดินเหนียวแข็งมาก โดยใชวิธีไฟไนทอิลลิเมนต PREDICTION OF ULTIMATE JACKED PILE CAPACITY IN HARD CLAY BY USING FINITE ELEMENT METHOD อภิชิต คําภาหลา (Apichit Kumpala) 1 สุขสันติหอพิบูลสุข (Suksun Horpibulsuk) 2 1 นักศึกษาปริญญาโท สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี [email protected] 2 ผูชวยศาสตราจารย สาขาวิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี [email protected] บทคัดยอ : ชั้นดินภายในจังหวัดนครราชสีมาเปนดินที่กอกําเนิดในทีมีดินเหนียว ดินตะกอนและทรายเปนสวนประกอบหลัก ใน ปจจุบันยังไมปรากฏงานวิจัยที่เกี่ยวของกับลักษณะทางวิศวกรรมและแนวทางออกแบบเสาเข็มในชั้นดินนี้มากนัก บทความนี้นําเสนอ ลักษณะทางวิศวกรรมและแนวทางในการประมาณกําลังรับน้ําหนักบรรทุกประลัยของเสาเข็มกดในชั้นดินเหนียวแข็งมากภายใน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีดวยวิธีไฟไนทอิลลิเมนต จากการศึกษาพบวา ชั้นดินนี้จัดเปนดินเหนียวไรพันธะเชื่อมประสานอัดตัว มากกวาปกติ สําหรับการทดสอบแบบอัดตัวผิวครากของดินสามารถจําลองไดดวยฟงกชั่นวงรี (แบบจําลอง Modified Cam Clay และ Soft Soil) ความสัมพันธระหวางน้ําหนักบรรทุกและคาการทรุดตัวของผลทดสอบกําลังรับน้ําหนักบรรทุกของเสาเข็มสามารถทํานาย ดวยวิธีไฟไนทอิลลิเมนตโดยใชแบบจําลอง Modified Cam Clay ABSTRACT : Soil in Nakhon Ratchasima provinces in Thailand is mainly residual soil consisting clay, silt and sand. There are few researches related to engineering properties and design of pile capacity. An attempt has been made to bring out engineering characteristics of Korat clay in Suranaree University of Technology and to predict ultimate jacked pile capacity by finite element method in the present paper. It has been found that the soil is uncemented overconsolidation clay. The yield surface of the soil can be simulated by ellipse function for compression test. Using the modified cam clay model the prediction of ultimate jacked pile capacity by finite element method is done. The model is verified as an appropriate model for predicting load-settlement curve. KEYWORDS : Modified Cam Clay model, Engineering characteristics, Jacked pile. 1. บทนํา ชั้นดินในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จังหวัดนครราชสีมา ที่ระดับความลึกเกินกวา 2.5 เมตร จากระดับผิวดิน สวนใหญเปน ชั้นดินเหนียวที่แข็งมาก (Hard clay) [1] ซึ่งโดยทั่วไปแลวเสาเข็ม ธรรมดาจะไมสามารถตอกทะลุชั้นดินนี้ได แตเสาเข็มเหล็กขนาด เล็ก (Steel micro-pile) สามารถถูกติดตั้งในชั้นดินดังกลาวโดย วิธีการกดดวยแมแรงไฮดรอลิกจนกระทั่งถึงความลึกที่ตองการ หรือจนกระทั่งเกิดการครากของเสาเข็มได แนวทางการออกแบบ เสาเข็มเหล็กขนาดเล็กในชั้นดินเหนียวแข็งยังมีอยูอยางจํากัด เนื่องจากงานวิจัยที่เกี่ยวของกับคุณสมบัติทางดานวิศวกรรม และ แนวทางในการประมาณกําลังรับน้ําหนักบรรทุกของเสาเข็มใน ชั้นดินนี้มีอยูไมมากนัก อภิชิต [1] นําเสนอลักษณะทางวิศวกรรม และแนวทาง ประมาณกําลังรับน้ําหนักบรรทุกประลัยของเสาเข็มดวยวิธีสถิต ศาสตรรวมกับการประมาณกําลังตานทานแรงเฉือนในสภาพไม ระบายน้ําของดินเหนียวแข็งมาก ในมหาวิทยาลัย ดวยวิธี

PREDICTION OF ULTIMATE JACKED PILE CAPACITY IN HARD CLAY BY USING

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Rotating or pulsing machines are often placed on concrete foundations supported by soil. Themachines cause vibrations in the building and in the surrounding soil. This paper providesinformation, formulas and calculation examples to predict these vibrations. The formulashave been experimentally tested for both soil foundations and pile foundations. In addition,criteria are provided for evaluating the vibrations.

Citation preview

  • PREDICTION OF ULTIMATE JACKED PILE CAPACITY IN HARD CLAY BY USING

    FINITE ELEMENT METHOD

    (Apichit Kumpala)1 (Suksun Horpibulsuk)2

    1 [email protected]

    2 [email protected] : ( Modified Cam Clay Soft Soil) Modified Cam Clay ABSTRACT : Soil in Nakhon Ratchasima provinces in Thailand is mainly residual soil consisting clay, silt and sand. There are few researches related to engineering properties and design of pile capacity. An attempt has been made to bring out engineering characteristics of Korat clay in Suranaree University of Technology and to predict ultimate jacked pile capacity by finite element method in the present paper. It has been found that the soil is uncemented overconsolidation clay. The yield surface of the soil can be simulated by ellipse function for compression test. Using the modified cam clay model the prediction of ultimate jacked pile capacity by finite element method is done. The model is verified as an appropriate model for predicting load-settlement curve. KEYWORDS : Modified Cam Clay model, Engineering characteristics, Jacked pile. 1.

    2.5 (Hard clay) [1] (Steel micro-pile)

    [1]

  • SHANSEP (Standard penetration test) 0.8/ 0.278u vcS OCR =

    /1.1uS N= (Classical method) (Numerical method) (Finite element) (Element) (Soil model) Cam Clay, (CC) [2] Modified Cam Clay, (MCC) [3] Soft Soil, (SS) [4] (Yield function) (Failure criteria)

    2.

    3 50 100 (Isotropically consolidated drained triaxial compression test, CIDC test) (Isotropically consolidated undrained triaxial compression test, CIUC test)

    (Shear behavior) SIGMA/W CC MCC PLAXIS SS

    10.0, 12.5 15.0

    3. Cambridge stress path [5] (Deviator stress,q ) (Mean effective stress, p ) (Shear strain, s ) (Volumetric strain, v )

    1 3q = (1)

    1 3(1/ 3)( 2 )p = + (2)

    1 3(2 / 3)( )s = (3)

    1 32v = + (4)

    1 3 1 3

    CC, MCC SS Elastic-plastic Strain-hardening CC (Logarithmic curve) MCC SS (Ellipse curve)

    ln 0o

    pq Mpp

    + = : Logarithmic curve (5)

    2

    22 0o

    qp p pM

    + = : Ellipse curve (6)

  • op (Yield surface) M Critical State Line (Stress paths) 1

    Drained pathCritical state line

    Undrained path

    Mean effective pressure, p' (kPa)

    Dev

    iato

    r stre

    ss, q

    (kPa

    )

    Elliptical curve (MCC and SS Model)Logarithmic curve (CC Model)

    1 Logarithmic curve Ellipse curve

    CC MCC Modified von Mises M (Compression failure) (Extension failure) SS Mohr-Coulomb failure (Effective angle of internal friction, cs ) 2 (Modified von Mises Mohr-Coulomb failure) ( 1, 2 3)

    1 2 3 = =

    1

    3 2

    Failure surface

    Mohr-Coulomb failure

    Modified von Mises failure

    2 3

    1 1

    2 3

    2 Modified von Mises Mohr- Coulomb (Atkinson, 1978) [9]

    4. 3

    (Isotropic consolidation) (), () Critical State Line ln p = 1 (e) 0.10, 0.015 1.55

    10 50 100 500 10000.9

    1.0

    1.1

    1.2

    1.3

    Initial mean effective stress, P'o (kPa)

    Initi

    al v

    oid

    ratio

    , e

    P'c = 554 kPa

    Normally consolidation line : NCL

    Overconsolidation line

    Silty claye =1.55 = 0.1 = 0.015

    Critical stateline :CSL

    3

    4 (Undrained stress paths) (Elastoplastic behavior) (Critical state) () (Drained stress paths) 3:1 ( , loge p ) (Elastoplastic behavior)

  • 10 50 100 500 10000.8

    0.9

    1.0

    1.1

    1.2

    1.3

    Normal consolidation line : NCL

    CSL

    log p' (kPa)

    Voi

    d ra

    tio, e

    e= 1.55= 0.10= 0.015

    p'o = 200 kPa

    p'o = 400 kPa

    0 100 200 300 400 500 600 700 8000

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    CSL

    Mc = 1.13

    Normally consolidated clay

    Dev

    iato

    r stre

    ss, q

    Mean effective pressure, p' (kPa)

    p'o = 50 kPa

    p'o = 100 kPa

    p'o = 50 kPap'o = 100 kPap'o = 200 kPap'o = 400 kPa

    CIUC test CIDC test

    . 4

    ( , loge p ) ( ,q p ) (Critical state line, CSL) (Normal consolidation line, NCL) [6] 1

    State boundary surface [6]

    Normalization Mean equivalent pressure, ep [6]

    exp oe oe e

    p p = (7)

    oe e

    1

    Parameters Value

    Mc 1.13 0.10 0.015 2.55

    5 ( / , /e eq p q p ) ( 4 ) Normalization Roscoe (Roscoe surface)

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    Nor

    mal

    ized

    dev

    iato

    r stre

    ss, q

    /p' e

    Normalized mean normal stress, p'/p'e

    CSL

    Hard clay (CD test) : Po' = 50-400 kPaHard clay (CU test) : Po' = 50-400 kPaPredicted by CC modelPredicted by MCC and SS modelKaolin Clay : Balasubramaniam, 1969Bangkok Clay : Balasubramaniam and Chaudhry, 1978

    5 Normalized (stress paths)

  • Roscoe MCC SS Roscoe [7] [8] Roscoe State boundary surface ( MCC SS)

    MCC SS 6

    0 5 10 15 20 250

    200

    400

    600

    800

    1000

    Dev

    iato

    r stre

    ss, q

    (kPa

    )

    0 5 10 15 20 25-6

    -3

    0

    3

    6

    Overconsolidated clay

    Shear strain, s (%)

    Vol

    umet

    ric st

    rain

    , (%

    ) + Compression

    - Dilated

    p'o = 50 kPa : OCR = 11.1p'o = 100 kPa : OCR = 5.5p'o = 200 kPa : OCR = 2.8p'o = 400 kPa : OCR = 1.4Predicted

    6

    6 ( OCR 1) MCC SS

    5.

    3 MCC SS 2 7 9 10.0, 12.5 15.0

    2 Parameters Steel Pile Sandy clay Silty clay

    Model Linear elastic Linear elastic MCC Depth (m) 0.0-10.5 0-2.5 2.5-12.0

    Eref (kN/m2) 206 x109 250x103 - 0.33 0.35 0.35

    wet (kN/m3) 78.57 18.15 20.06 ' - 37 27.83 - - 0.10 - - 0.015 - - 2.55

    OCR - - 30 Rinter Rigid 0.67 0.75

    7 9 SS

  • MCC MCC

    0

    10

    20

    30

    0 10 20 30 40 50 60

    Settl

    emen

    t (m

    m)

    Vertical force (ton)

    Qu= 35 ton

    PLT 1 : 10.0 cm. diameterPrediction by MCCPrediction by SS

    7 10.0

    0

    4

    8

    12

    16

    0 10 20 30 40 50 60 70 80

    Settl

    emen

    t (m

    m)

    Vertical force (ton)

    PLT 2 : 12.5 cm. daimeterPrediction by MCCPrediction by SS

    Qu= 40 ton

    8 12.5

    0

    5

    10

    15

    0 10 20 30 40 50 60 70 80

    PLT 3 : 15.0 cm. daimeterPrediction by MCCPrediction by SS

    Qu= 55 ton

    Vertical force (ton)

    Settl

    emen

    t (m

    m)

    9 15.0

    6.

    State boundary surface ( MCC SS) Modified von Mises ( MCC)

    7. SIXMA/W PLAXIS

    8. [1] , (2548).

    . .

    [2] Schofield, A.N. and Wroth, C.P. (1968). Critical State Soil Mechanics. McGraw-Hill Book Co., London.

    [3] Britto, A.M. and Gunn, M.J. (1987). Critical State Soil Meechanics via Finite Element. John Wiley & Sons, p.79.

    [4] Stolle D.F.E., P.G. Bonnier & P.A. Vermeer. (1977). A Soft Soil model and experiences with two integration schemes. Numerical Model in Geomechanics. Numog, pp. 123-128.

    [5] Roscoe, K. H., Schofield, A. N. and Wroth, C.P. (1958). On the yielding of soil. Geotechnique, Vol. 8 No.1 pp. 22.

    [6] Roscoe, K.H., and Burland, J.B. (1968). On the generalized stress-strain behaviour of wet clay. Engineering Plastic. Cambridge University Press, Cambridge: England. pp 535-609.

    [7] Balasubramaiam, A. S. (1969). Some Factors Influencing the Stress-Strain Behaviour of Clay. Thesis presented to Cambridge University, at Cambridge: England.

    [8] Balasubramaiam, A. S. and Chaudhry A.R. (1978). Deformation and Strength Characteristics of Soft Bangkok Clay. Journal of The Geotechnical Engineering Division. GT9, pp. 1153-1167.

    [9] Atkinson J.H. and Bransby P.L., (1978). The Mechanics of Soils An Introduction to Critical State Soil Mechanics. McGraw-Hill Company (UK) Limited. 375p.