Compression testing and analysis of drilled concrete tapered piles in cohesive-frictional soil

摘要

When pile driving is difficult and (or) economically not viable, cast-in-place piles are indispensable. Tapered piles, which have top cross-sections larger than the bottom cross-sections, have the potential for substantial advantages over conventional straight-sided piles. This paper investigates the construction and performance of innovative drilled concrete tapered piles. A full-scale pile load-testing program was conducted to evaluate the axial compressive capacity of drilled concrete tapered piles in frictional soil. One straight and three tapered augers were designed and manufactured to produce six piles. The piles that were constructed and tested included four tapered and two straight piles. The testing results showed that tapered piles with a taper angle varying between 0.95° and 1.91° had a load carrying capacity up to 50% higher than the straight-sided piles with equal volume. It should be noted, however, that the experimental results are site specific. Moreover, an analytical expression was developed to evaluate the pile taper effect on its shaft capacity in terms of a taper coefficient, Kt. The value of Kt evaluated from the analytical expression compared well with experimentally measured values. Finally, a two dimensional nonlinear finite element analysis was conducted to simulate the load test conditions, and it proved to be successful.%Lorsque le fonçage de pieux est difficile ou économiquement non rentable, les pieux coulés en place sont indispensables. Les pieux coniques qui ont des sections en travers plus grandes en partie supérieure qu'en partie inférieure offrent des avantages potentiels substantiels par rapport aux pieux conventionnels cylindriques. Cet article étudie la construction et la performance de pieux coniques novateurs forés en béton. On a réalisé un programme d'essai de chargement de pieux à pleine échelle pour évaluer la capacité en compression axiale de pieux coniques forés en béton dans un sol à frottement. Une tarière droite et trois tarières coniques ont été conçues et fabriquées pour produire les six pieux requis. Les pieux qui ont été construits et testés incluaient quatre pieux coniques et deux pieux cylindriques. Les résultats d'essais ont montré que les pieux coniques avec des angles de conicité entre 0,95° et 1,91° avaient à volume égal des capacités portantes jusqu'à 50 % supérieures à celles des pieux cylindriques. Il faut noter cependant que les résultats expérimentaux sont influencés par le site. De plus, on a développé une expression analytique pour évaluer l'effet de la conicité du pieu sur la capacité de son fût en fonction du coefficient de conicité Kt. La valeur de Kt évaluée à partir de l'expression analytique se comparait bien avec les valeurs expérimentales mesurées. Finalement, une analyse non linéaire à 2D en éléments finis a été réalisée pour simuler avec succès les conditions de l'essai de chargement.