Reliability-Based Design for the Serviceability Limit State of Axially-Loaded Driven Piles in Ontario Soils

Markus Jesswein, Jinyuan Liu, Minkyung Kwak

In the proceedings of GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Reliability/Probabilistic Approaches

ABSTRACT: For steel driven piles subjected to axial loads, this paper presents a simplified reliability-based design (RBD) approach for the allowable load at the serviceability limit state (SLS). First, load-displacement responses were obtained from 40 piles that were located in Ontario, Canada and tested to plunging failure. Second, the measured resistance was interpreted from the test results with the Davisson failure criterion and was used to normalize the load-displacement curves. Conventional design methods determined the capacity with measurements from standard penetration tests (SPT), and their uncertainty was modeled with the capacity bias, a ratio of the measured to predicted capacity. Third, a simple hyperbolic curve was adopted to represent the pile load-displacement responses, and the hyperbolic model parameters were determined through regression. Afterwards, copula theory was adopted to represent the correlation structure of the hyperbolic model, and Monte Carlo simulations computed the reliability of the driven piles at the SLS. High lumped-load capacity factors were obtained for the SLS since the SPT design method predicted the capacity with a significant amount of variability. Since a variety of soil conditions were encountered, the analysis aims to provide greater insight on the reliability of SLS designs.

RÉSUMÉ: Pour les pieux entraînés en acier soumis à des charges axiales, ce document présente une approche de conception basée sur la fiabilité (RBD) simplifiée pour la charge admissible à l'état limite de service (SLS). Premièrement, les réponses au déplacement de charge ont été obtenues à partir de 40 pieux situés en Ontario, au Canada, et testés pour déterminer leur défaillance en plongée. Deuxièmement, la résistance mesurée a été interprétée à partir des résultats du test avec le critère de défaillance de Davisson et a été utilisée pour normaliser les courbes charge-déplacement. Les méthodes de conception conventionnelles déterminaient la capacité à l'aide de mesures issues d'essais de pénétration standard (SPT) et leur incertitude était modélisée avec le biais de capacité, un rapport de la capacité mesurée à la capacité prévue. Troisièmement, une courbe hyperbolique simple a été adoptée pour représenter les réponses de déplacement de charge de pile, et les paramètres du modèle hyperbolique ont été déterminés par régression. Ensuite, la théorie des copules a été adoptée pour représenter la structure de corrélation du modèle hyperbolique et des simulations de Monte Carlo ont calculé la fiabilité des pieux pilotés au niveau du SLS. Des facteurs de capacité de charge forfaitaire élevés ont été obtenus pour le SLS puisque la méthode de conception SPT prédit la capacité avec une variabilité importante. Comme diverses

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Cite this article:
Markus Jesswein; Jinyuan Liu; Minkyung Kwak (2019) Reliability-Based Design for the Serviceability Limit State of Axially-Loaded Driven Piles in Ontario Soils in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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