Field studies of an instrumented model pile in clay

Abstract

An instrumented model pile was used to investigate the fundamental behaviour of driven cylindrical steel piles, in clay soils. Data are described from two test-bed sites, one with heavily over-consolidated clay, and one with normally consoli-dated clay. These confirm that a residual shear surface is formed adjacent to the pile shaft during installation. Comparisons with other site investigation data and cavity expansion theoretical predic- tions suggest that stress relief immediately behind the pile tip during installation gives rise to total radial stress and pore pressure measurements on the shaft which are lower than the simple cavity expansion model predicts. However, the data did indicate that the radial effective stress might be successfully predicted. During reconsolidation, the radial effective stress drops initially, followed by a slow recovery, which was insufticient in the two clays investigated for the final value to reach that during installation. On undrained loading, the clay adjacent to the pile did not reach a critical state as many current theories assume, as failure occurred on the residual surface created during installation. The generation of negative excess pore pressures on the shear surface during undrained loading caused an increase in the radial effective stress. In the normally consolidated clay this was solely responsible for the large set-up of pile shaft capac-ity by comparison with that during installation. The same capacity increase may not be seen in these clays if loading were drained. Un pieu-modéle instrumenté a été employé pour étudier le comportement fondamental des pieux en acier cylindriques battus dans des sols argileux. L'article présente des données obtenues sur deux sites d'essais, I'un avec de I'argile trés surconsolidée et I'autre avec de I'argile normalement consolidée. Ces données confirment qu'une surface résiduelle se forme dans le voisinage du fût du pieu au tours de la mise en place. Des comparaisons avec des données obtenues sur d'autres sites et les prédictions théoriques de I'expansion des cavités donnent l'impression que le relâchement des contraintes ayant lieu directement en arriére de la pointe au tours du battage entraine des valeurs de contrainte radiale totale et de pression interstitielle sur le fût moins élevées que celles prédites par le simple modéle de I'expansion des cavités. Les données indiquent cependant qu'on pourrait réussir à prévoir correctement la contrainte radiale effective. Au tours de la reconsolidation la contrainte radiale effective décroît d'abord puis augmente lentement, mais pas suffisamment pour que la valeur finale atteingne celle trouvée au tours de la mise en place dans le cas des deux argiles étudiées. Lors du chargement drainé l'argile dans le voisinage du pieu n'atteint pas un état critique, contrairement à ce qu'admettent beaucoup de théories actuelles, puisque la rupture eut lieu à la surface résiduelle créée au tours de la mise en place. La génération de surpressions interstitielles négatives à la surface de cisaillement lors du chargement non-draink a produit une augmentation de la contrainte radiale effective. Ceci était le seul facteur entrainant I'accroissement considérable de la capacité du fût du pieu en comparaison avec celle trouvke pendant la construction. II est possible qu'une telle augmentation de capacité ne reproduise dans ces argiles dans le cas d'un chargement drainé