Bæreevne av pelespiss i fast sand over bløt leire

Abstract

Gjennomhullingsbrudd av en pel i sand med et underliggende svakere lag er en sentral problemstilling innen offshorekonstruksjoner. Peler som benyttes offshore har ofte en stor diameter og spissmotstanden utgjør en stor del av pelens kapasitet, og spissmotstanden reduseres avhengig av hvor nærme spissen er det underliggende svakere laget. Det er dyrt å installere peler offshore på grunn av behovet for spesialutstyr og kompetanse. Det er lite teori om hvordan pelens spissmotstand påvirkes av et underliggende svakere lag.For å undersøke hvordan en pel påvirkes av et underliggende svakere lag er det gjennomført et småskala forsøk. Forsøket ble gjennomført med laponitt for å simulere bløt leire. Det ble utført målinger av deformasjon og kraften som ble påført pelen. For å eliminere sidefriksjonen ble det benyttet et fôringsrør med en utskyvbar spiss. Det ble også gjennomført aksesymmetriske FEMberegninger for å etterregne forsøket, og for å regne på peler med annen geometri og overlagring.Forskjellen mellom rammet og boret pel ble også undersøkt.Resultatene fra forsøket samsvarer godt med teorier for grunne fundamenter. Ved H/D < 2,5 anbefales det å bruke lastspredningsmetoden med n=2,5, for H/D > 2,5, anbefales det å bruke metoden utviklet av Okamura et al. Hvor H er høyden over leirelaget og D er diameteren til pelen.Samsvaret med teoriene kan tyde på at overlagringen over pelen kan ha vært for liten, fordi metodene er utviklet for grunne fundament. Forsøk som ble gjort i ren sand viser også at sideveggene av modellen kan ha påvirket resultatet for pelene som har vært lengst unna laponittlaget. Etterregningen ved bruk av FEM samsvarer relativt godt med resultatene fra forsøket.FEM beregninger av borede peler er gjort med ulike pelediametere og overlagringsnivåer. Ved sammenligning med teorier for gjennomhullingsbrudd gir lastspredningsmetoden med n= 5 de besteresultatene, selv om den overestimerer kapasiteten relativt mye. Dette kan ha sammenheng med at det er benyttet et bruddkriterie på 10 % forskyvning av pelehodet i forhold til pelefotens diameter.Resultatene fra FEM beregningene viser at pelens spissmotstand begynner å bli påvirket av det underliggende laget ved H/D = 5 ved 100 kPa overlagring, H/D = 4 ved 200 kPa og H/D = 3,5 ved 400kPa. Ved avstander større enn dette er spissmotstanden lik som i et rent sandlag. En boret pel beholder mye av spissmotstanden sin for lavere H/D verdier enn de oppgitt ovenfor. Hvordan reduksjonen forløper må beregnes ved FEM beregninger, men kan konservativt antas å følge en lineær reduksjon ned mot spissmotstanden til en pel i homogen leire.Det er også utført FEM beregninger av rammede peler. Ved sammenligning med teorier anbefales det å bruke lastspredningsmetoden med n=3. Denne gir konservative estimater, men samsvarer med resultatene fra FEM beregningene. Det er knyttet mye usikkerhet til måten installasjonen av pelen modelleres i Plaxis for et tilfelle med underliggende leire. Resultatene fra beregningene samsvarermed teorier om residualspenninger og kapasitet for en rammet pel, og antas å kunne brukes tilvidere vurderinger. Det underliggende leirelaget påvirker spissmotstanden ved H/D = 5 med 200 kPaoverlagring. Reduksjonen avtar lineært ned mot kapasiteten til en pel i homogen leire.Det er usikkert om resultatene fra forsøket er korrekte. Sideveggene kan ha påvirket pelen og overlagringen kan ha vært for liten for å kunne sammenlignes med en pel. For å få bedre kunnskap om problemstillingen bør det utføres laboratorieforsøk med høyere overlagring og forskjellig pelegeometri i en større modell. Effekten ved å utføre FEM beregninger i rene 3D programmer bør også undersøkes