Installation of dynamically embedded plate anchors as assessed through field tests

Abstract

A dynamically embedded plate anchor (DEPLA) is a rocket-shaped anchor that comprises a removable central shaft and a set of four flukes. The DEPLA penetrates to a target depth in the seabed by the kinetic energy obtained through free-fall in water. After embedment the central shaft is retrieved leaving the anchor flukes vertically embedded in the seabed. The flukes constitute the load-bearing element as a plate anchor. This paper focuses on the dynamic installation of the DEPLA. Net resistance and velocity profiles are derived from acceleration data measured by an inertial measurement unit during DEPLA field tests, which are compared with corresponding theoretical profiles based on strain rate-enhanced shear resistance and fluid mechanics drag resistance. Comparison of the measured net resistance force profiles with the model predictions shows fair agreement at 1:12 scale and good agreement at 1:7.2 and 1:4.5 scales. For all scales the embedment model predicts the final anchor embedment depth to a high degree of accuracy.Résumé : Un système d'ancrage dynamique à ailerons (« dynamically embedded plate anchor » ou DEPLA) est une ancre en forme de fusée constituée d'un cylindre central et d'une empenne comportant quatre ailerons. Le DEPLA s'enfonce dans le lit de sable à une profondeur cible grâce à l'énergie cinétique acquise au cours de sa descente en chute libre dans l'eau. Après que le dispositif s'est enfoncé dans le sable, la partie cylindrique centrale est retirée, laissant l'empenne enfouie verticalement dans le lit de sable. Les ailerons constituent l'élément porteur de charge comme dans le cas d'un système d'ancrage à plaques. Le présent article décrit l'installation dynamique du DEPLA. Les profils de résistance nette et de vitesse sont obtenus à partir des valeurs d'accélération enregistrées par un appareil de mesure de l'inertie durant les essais du DEPLA sur place et comparés avec les profils théoriques correspondants, basés sur la résistance au cisaillement (qui augmente avec la vitesse de déformation) et la résistance de traînée propre à la mécanique des fluides. Une comparaison entre les profils des forces de résistance nette mesurés et les prédictions des modèles met en évidence une assez bonne concordance à l'échelle 1:12 et une bonne convergence aux échelles 1:7,2 et 1:4,5. Pour toutes les échelles, la modélisation de l'enfouissement de l'ancre permet de prédire la profondeur de pénétration du dispositif d'ancrage dans le sable avec un haut degré de précision. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : ancre, argile, dynamique, traînée dans un fluide, en mer, vitesses de déformation.

An extended interpretation of the free-fall piezocone test in clay

“…However, for long slender FFPs, this added mass is limited to a small zone of soil at the tip and, when fully embedded in soil, at the rear of the FFP. This is sufficiently small that it may be ignored (Beard 1981, Shelton et al 2011Blake & O'Loughlin, 2015).…”

“…Young et al 2011;Buhler & Audibert 2012;Steiner et al 2014;Chow & Airey 2013), dynamically-installed anchors (e.g. O'Loughlin et al 2004, 2009Blake and O'Loughlin, 2015;Sabetamal et al 2016) and submarine runout impact on pipelines (e.g. Randolph and White, 2012;Sahdi et al, 2014).…”

“…The inclusion of drag is essential in situations where very soft soil is encountered at the surface of the seabed, since this component of resistance can be comparable to the resistance from the soil strength(Boukpeti et al 2012;Sahdi et al 2014) O'Loughlin et al (2013). andBlake and O'Loughlin (2015) further…”

In Situ Measurement of the Dynamic Penetration of Free-Fall Projectiles in Soft Soils Using a Low-Cost Inertial Measurement Unit

“…The inclusion of drag resistance, F d , is essential in situations where (non-Newtonian) very soft fluidized soil is encountered at the surface of the seabed, and has been shown to be important for assessing loading from a submarine slide runout on a pipeline (Boukpeti et al 2012;Randolph and White 2012;Sahdi et al 2014). O'Loughlin et al (2013b) and Blake and O'Loughlin (2015) further showed that drag is the dominant resistance acting on a dynamically installed anchor in normally consolidated clay during initial embedment and typically to about 30 % of the penetration.…”

“…13) showed an open crater and the dimensionless strength ratio at the trailing end of the embedded DEPLA follower, s u /c 0 d ¼ 6.9 (where d is the diameter of the DEPLA sleeve and c 0 is the effective unit weight of the soil), which is sufficient to maintain an open cavity above the follower O'Beirne et al 2015). Values for the drag coefficient, C d , were determined from the free fall in the water phase of the tests, which gave an average C d ¼ 0.7 (Blake and O'Loughlin 2015). The strain rate parameter was taken as b ¼ 0.08, which is typical of that measured in variable rate penetrometer testing (Low et al 2008;Lehane et al 2009) and approximates to an 18 % change in strength per log cycle change in strain rate, typical of that measured in laboratory testing (e.g., Vaid and Campenella 1977;Graham et al 1983;Lefebvre and LeBoeuf 1987).…”