Physical modeling and study of the behavior of deep foundations of offshore wind turbines in sand

par Ismat El Haffar

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Luc Thorel.

Le président du jury était Panagiotis Kotronis.

Le jury était composé de Luc Thorel, Panagiotis Kotronis, Richard Jardine, Pierre Breul, Cristina Tsuha, Christophe Dano, Matthieu Blanc.

Les rapporteurs étaient Richard Jardine, Pierre Breul.

  • Titre traduit

    Modélisation physique et étude du comportement de fondations profondes d’éoliennes offshore dans du sable


  • Résumé

    La capacité axiale et latérale des pieux foncés dans du sable de Fontainebleau NE34 ont été étudié à l’aide d’essais sur modèles réduits centrifugés. L’effet de la méthode d’installation, de la densité et de la saturation du sable, du diamètre du pieu, de la géométrie de sa pointe (ouvert /fermé) et de sa rugosité sur la capacité axiale a été étudié. Une augmentation significative de la capacité en traction est observée dans les pieux foncés cycliquement, contrairement aux pieux foncés d’une manière monotone à 100 × g. La saturation du sable dense accélère la formation du bouchon lors de l'installation du pieu. L'augmentation de la rugosité du pieu et de la densité du sable accroissent significativement le frottement latéral des pieux testés. Dans tous les cas, les capacités de pieux sont comparées aux codes de dimensionnement des éoliennes offshore. Une étude paramétrique de l'effet de la méthode d'installation, de l'excentricité de la charge et de la saturation du sable sur la réponse latérale des pieux foncés est ensuite réalisée grâce à l'utilisation d'un pieu instrumentée. Le pieu est chargé d’une manière monotone puis un millier de cycles sont appliqués. Une nouvelle méthode a été développée pour la détermination des constantes d'intégration pour déterminer le profil de déplacement latéral du pieu. La méthode d'installation influence directement le comportement global (moment maximum et déplacement latéral) et local (courbes p-y) des pieux. L'effet de l'excentricité de la charge et de la saturation du sable sur le comportement des pieux est également présenté. Dans chaque cas, une comparaison avec les courbes p-y extraites du code DNVGL est réalisée.


  • Résumé

    The axial and lateral capacity of piles jacked in Fontainebleau sand NE34 are studied using centrifuge modelling at 100×g. The effect of the installation method, sand density and saturation, pile diameter and pile tip geometry (open or closed-ended) and pile roughness on the axial capacity of piles are firstly studied. A significant increase in the tension capacity is observed in cyclically-jacked piles unlike piles monotonically jacked at 100×g. The saturation of dense sand accelerates plug formation during pile installation. The increase in pile roughness and sand density increases significantly the shaft resistance of the piles tested here. For all the cases, pile capacities are compared with the current design codes for offshore wind turbines. A parametric study of the effect of the installation method, load eccentricity and sand saturation on the lateral response of jacked piles is then realized using of an instrumented pile. The pile is loaded monotonically, then a thousand cycles are applied. A new methodology has been developed for determining of the constants needed in the integration procedure to identify the lateral displacement profile of the pile. The installation method influences directly the global (maximum moment and lateral displacement) and local behaviour (p-y curves) of the piles. The effect of the load eccentricity and sand saturation on the behaviour of the piles is also presented. In each case a comparison with the p-y curves extracted from the DNVGL code is realized.


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