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LACANAU – 13 au 15 octobre 2015

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/

http://eurofuge2016.ifsttar.fr/

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