Improved Axial Capacity of Piles in Sand (IPad)

Samenvatting project

Because of the soft soil conditions, the majority of engineered structures in (the western part of) the Netherlands are founded on deep (piled) foundations. In simple terms, a pile is a slender structural element (steel or concrete column) that uses soilstructure interaction to transfer loads to deeper, stronger soil layers.
Numerical models capable of modelling pile installation are not developed and thus designers rely on semi-empirical design approaches (using alpha factors linked to in-situ Cone Penetration Tests, which are used to characterize the soil deposits).
The Port of Rotterdam (POR) and Rijkswaterstaat (RWS) are amongst the biggest consumers of piles in the Netherlands. Despite the lack of incidence of pile failures changes to pile design standards (as of January 1st 2017) has resulted in the installation of longer or more piles, and increases in both construction time and associated installation risks. The direct impact is an estimated increase in construction costs of 10-20% for all deep foundations projects in the Netherlands.
The change in design standards arose due to a gap in the knowledge surrounding some key aspects of deep foundation behaviour that include: soil fatigue effects during cyclic pile installation and loading, soil ageing around piles, the effects of natural soil stratification and the use of potentially conservative limiting soil strength values in the Dutch NEN design code.
This proposal will develop a holistic solution which will improve involving field testing, lab and numerical modelling in conjunction with advanced statistical approaches to provide accurate calculation procedures to determine the axial capacity of a pile.

Doel van het project

This project will develop a holistic solution to solve this problem involving field testing lab and numerical modelling in conjunction with advanced statistical approaches to provide accurate calculation procedures to determine the axial capacity of a pile.

Motivatie

Because of the soft soil conditions the majority of engineered structures in (the western part of) the Netherlands are founded on deep (piled) foundations. In simple terms a pile is a slender structural element (steel or concrete column) that uses soil-structure interaction to transfer loads to deeper stronger soil layers. The Port of Rotterdam (POR) and Rijkswaterstaat (RWS) are amongst the biggest consumers of piles in the Netherlands. Numerical models capable of modelling pile installation are not developed and thus designers rely on semi-empirical design approaches (using alpha factors linked to in-situ Cone Penetration Tests which are used to characterize the soil deposits). Despite the lack of incidence of pile failures changes to pile design standards (as of January 1st 2017) has resulted in the installation of longer or more piles and increases in both construction time and associated installation risks. The direct impact is an estimated increase in construction costs of 10-20% for all deep foundation projects in the Netherlands. The change in design standards arose due to a gap in the knowledge surrounding some key aspects of deep foundation behavior that include: soil fatigue effects during cyclic pile installation and loading soil ageing around piles the effects of natural soil stratification and the use of potentially conservative limiting soil strength values in the Dutch NEN design code.

Locatie

Delft

Uitgevoerde acties

Y1 Field work: pile test 1 - Industrieel onderzoek - Deltares Havenbedrijf Rotterdam NVAF TU-Delft
Y1 Numerical analyses: set up soil model - Fundamenteel onderzoek - Deltares TU-Delft
Y1 Statistical approach: set up soil model - Industrieel onderzoek - Deltares Havenbedrijf Rotterdam TU-Delft
Y1 Centrifuge tests - Fundamenteel onderzoek - Deltares TU-Delft

Y2 Field work: pile test 2 - Industrieel onderzoek - Deltares NVAF Rijkswaterstaat TU-Delft
Y2 Field work: interpretation pile tests - Industrieel onderzoek - Deltares Fugro Gemeente Rotterdam TU-Delft
Y2 Numerical analyses: installation/ageing - Fundamenteel onderzoek - Deltares TU-Delft
Y2 Statistical approach: load model parameters - Industrieel onderzoek - Deltares TU-Delft
Y2 Centrifuge tests - Fundamenteel onderzoek - Deltares TU-Delft

Y3 Field work: interpretation pile tests - Industrieel onderzoek - Deltares Fugro Gemeente Rotterdam TU-Delft
Y3 Numerical analyses: installation/ageing - Fundamenteel onderzoek - Deltares TU-Delft
Y3 Statistical approach: design approachIndustrieel onderzoekDeltares Fugro Gemeente Rotterdam TU-Delft
Y3 Interpretation centrifuge tests - Industrieel onderzoek - Deltares TU-Delft

Y4 Implementation in guidelines - Experimenteel onderzoek - Deltares Fugro Gemeente Rotterdam Havenbedrijf Rotterdam NVAF Rijkswaterstaat TU-Delft
Y4 Writing Theses - Experimenteel onderzoek - Deltares TU-Delft

Op basis van de verdeling van de activiteiten naar fundamenteel industrieel en experimenteel onderzoek en op basis van budget wordt een maximaal subsidie vergoedingspercentage geschat van 60%.

Verwachtte resultaten

1. Journal Paper describing the full-scale field tests at the Port of Rotterdam 2020
2. Conference Paper on the implications for full-scale field tests on pile design practice 2020
3. Journal paper on ageing tests performed at the Port of Rotterdam 2021
4. Conference Paper on the geotechnical characterisation of the Port of Rotterdam Pile Test bed. 2020
5. Journal Paper describing the full-scale field tests at the Rijkswaterstaat Pile Test Site 2019/2020
6. Journal Paper investigating limiting base resistance values for piles in very dense sand based on centrifuge testing 2021
7. Magazine article on the implications of developing national pile test sites for pile design practice – A case study at the Port of Rotterdam 2021.
8. Horizontal and vertical spatial variability of sand deposits in the Port of Rotterdam and their implication on pile design practice in the Netherlands and beyond 2022
9. Journal paper on large displacement finite element analyses on modelling displacement pile behaviour 2022
10. Journal Paper - Reliability based pile design from full-scale load tests in the Netherlands 2022
11. Conference paper on the CPT averaging method 2020

Innovativiteit

De bestaande aanpak zoals beschreven in de huidige ontwerpnorm wordt in zijn geheel tegen het licht gehouden en ter discussie gesteld. De alpha-factoren het hoe om te gaan met variatie in conusweerstand en de limietwaarden worden tegen het licht gehouden op basis van veldproeven en laboratoriumproeven. Ook aspecten die nog niet in de norm zijn opgenomen als (vermoeiings-)effecten door cyclische belasting en toename van paalcapaciteit in de tijd worden nader onderzocht. Dit alles om tot een nieuwe aanpak te komen die beter aansluit bij het werkelijke gedrag van paalfunderingen.

Valorisatie

Niet ingevuld

Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?

Alle partijen krijgen alle resultaten van het Project ter beschikking. De resultaten van de samenwerking kunnen breed verspreid worden. Partijen kunnen over deze resultaten vrijelijk publiceren. De resultaten zullen volledig openbaar beschikbaar zijn, met uitzondering van ter beschikking gestelde achtergrondkennis.

Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?

De informatie over dit project wordt kenbaar gemaakt via de website van de TKI Deltatechnologie (projectbeschrijving) en de projectwiki van Deltares (projectvoortgang en resultaten).

Projectvoorwaarden

Na de datum waarop deze Overeenkomst in werking is getreden, maar uiterlijk tot een jaar voor de beoogde datum waarop het Project zal zijn voltooid, kunnen ondernemers en/of onderzoeksinstellingen, die op het terrein van het relevante subsidieprogramma van het TKI werkzaam zijn alsnog als Partij toetreden. Een later toetredende Partij zal een nader overeen te komen bijdrage in kind en/of in cash moeten leveren die in redelijke verhouding staat tot zijn relatief aandeel in het Project na toetreding. De overige Partijen ontvangen vervolgens naar rato een terugbetaling en/ of gedeeltelijke vrijstellingen van hun nog te leveren bijdrage in kind, voor zover niet besloten wordt de bijdrage van de later toetredende Partij aan het projectbudget toe te voegen.

Projecteigenaar en projectleider(s)

Projecteigenaar:
Hans Groot
Projectleider(s):
Dirk de Lange

Partners

  • Fugro GeoServices BV
  • Havenbedrijf Rotterdam
  • Ingenieursbureau Gemeente Rotterdam
  • Nederlandse Vereniging Aannemers Funderingswerken (NVAF)
  • Rijkswaterstaat Utrecht
  • Stichting Deltares (Delft)
  • TKI Deltatechnologie
  • TU Delft

Resultaten


Er zijn nog geen resultaten voor dit project.