Instrumented load tests in mudstone: pile capacity and settlement prediction

摘要

The present work stems from the design of a viaduct in South Wales, U.K., where full-scale pile testing was carried out to assess whether the proposed design methods would meet the required load capacity and settlement criteria for the working piles. Five fully instrumented large diameter bored cast in situ piles, up to 30 m deep, were installed in weathered mudstone and tested under vertical loading. A sixth pile, which had no shaft instrumentation, was formed with a voided toe. In conjunction with vast soil data from 218 site investigation boreholes, the extensive data produced from the load tests were analyzed to quantify the key parameters considered to influence load transfer and settlement behaviour. Each pile was first calibrated using four methods to establish the as-built stiffness, taking into account the nonlinearity of concrete and the effect of partial steel encasement. It is demonstrated that the current national norms for bored pile design in cohesive soil – soft rock are overconservative for South Wales ground conditions. To ameliorate this, alternative methods are proposed, which lead to improved reliability and accuracy in shaft and base capacity assessment. In addition, a numerical model is developed that can be used to predict the complete load-settlement variation up to the ultimate state. The model is sufficiently expounded to allow its immediate application in pile design by geotechnical engineers.Key words: piled foundations, load tests, bearing capacity and settlement, Mercia mudstone.Le présent travail a été entrepris à l'occasion de la conception d'une viaduc dans les South Wales, U.K., où des essais sur pieux à pleine échelle ont été réalisés pour évaluer si les méthodes de calcul proposées rencontreraient les capacités de chargement et les critères de tassement requis pour les pieux prévus. Cinq pieux complètement instrumentés de grand diamètre forés et coulés en place jusqu'à des profondeurs de 30 m ont été installés dans des mudstones altérés, et testés sous un chargement vertical. Un sixième pieu n'ayant pas de tuyau d'instrumentation a été formé avec un vide à la pointe. Conjointement avec une énorme quantité de données de sol provenant de 218 forages d'études de sites, les nombreuses données produites par les essais de chargement ont été analysées pour quantifier les paramètres clés qui sont considérés comme pouvant influencer le transfert de charge et le comportement en tassement. Chaque pieu est tout d'abord calibré au moyen de quatre méthodes pour établir la rigidité du pieu tel que construit en prenant en compte la non linéarité du béton et l'effet de l'enveloppe partielle d'acier. On démontre que les normes nationales courantes pour la conception de pieux forés dans le sol cohérent et la roche molle sont trop conservatrices pour les conditions de sols des South Wales. On propose des méthodes alternatives pour améliorer cette situation, qui conduisent à un amélioration de la fiabilité et de la précision dans l'évaluation de la capacité du fût et en pointe. De plus, on a développé un modèle numérique qui peut servir à prédire la variation complète charge-tassement jusqu'à l'état ultime. Le modèle est suffisamment expliqué pour permettre son application immédiate dans la conception de pieux par des ingénieurs géotechniciens.Mots clés : fondations sur pieux, essais de chargement, capacité portante, tassement, mudstone Mercia.[Traduit par la Rédaction]