Creep response of laterally loaded piles in ice and permafrost

Abstract

A computationally efficient pile element and a time-incremental finite element code are developed to model laterally loaded piles in ice/permafrost, by modelling the pile as a beam supported on a spring-dashpot system. A numerical method involving plane strain finite element analyses of laterally loaded rigid cores in frozen media is proposed to derive the appropriate spring and dashpot relationships for the pile element. Results of analyses using the pile element agree satisfactorily with experimental findings on laterally loaded rods in ice. Creep response of laterally loaded piles in icy permafrost is analysed using the code. The deformation behaviour of laterally loaded floating piles in ice predicted by the simple pile element is confirmed by rigorous analysis of the identical problem using three-dimensional continuum elements. The computer code incorporating this simple pile element is a valuable predictive tool for practising engineers.

Un programme numérique d'éléments pieux efficaces et d'éléments finis à pas de temps est développé afin de modéliser des pieux chargés latéralement dans de la glace ou dans des permafrosts. Ce programme assimile le pieu à une poutre reposant sur un système de ressorts et de pistons. L'article présente une méthode numérique des analyses par éléments finis de la déformation plane d'échantillons rigides chargés latéralement dans des milieux gelés. Cette méthode permet de calculer les relations adéquates entre ressorts et pistons pour l'élément pieu. Les analyses utilisant les éléments pieux donnent des résultats comparables aux résultats expérimentaux obtenus sur des tiges chargées latéralement dans de la glace. La réponse en fluage de pieux chargés latéralement dans des sols permafrosts glacés est analysée à l'aide de ce programme. Le comportement en déformation de pieux flottants chargés latéralement dans de la glace, calculé par élément pieu simple, est confirmé à l'aide une analyse rigoureuse du même problème par élément continuum tridimensionnel. Le programme informatique intégrant ce type d'élément pieu simple se révèle être un moyen fiable de prédiction pour les ingénieurs de chantier.