Measurement of pile uplift forces due to soil heave in expansive clays

Abstract

Piled foundations are widely used to limit the movement of foundations in expansive clays. These piles are subjected to large uplift forces as the clay swells (and downdrag forces when it shrinks). The appropriate method to estimate these forces is not well understood, and estimates from various methods presented in literature result in large variations. The uplift force generated in piles by soil heave was derived from strain measurements in full-scale field tests where a pile was installed in a highly expansive soil profile and flooded for several months. The results were compared to available theoretical estimates to comment on the most appropriate procedure to estimate the generated tension in the pile. The results showed that the use of an elastic solution related to the expected soil heave combined with a limiting shaft friction estimated from total stress capacity methods provided the most appropriate match to the measured results both in terms of the magnitude of the developed tension in the pile and shape of the tension profile along the depth of the pile.

Les fondations sur pieux sont largement utilisées pour limiter le mouvement des fondations dans les argiles expansives. Ces pieux sont soumis à d’importantes forces de soulèvement lorsque l’argile gonfle (et à des forces de retrait lorsqu’elle se rétracte). La méthode appropriée pour estimer ces forces n’est pas bien comprise, et les estimations obtenues à partir de diverses méthodes présentées dans la littérature donnent lieu à de grandes variations. La force de soulèvement générée dans les pieux par le soulèvement du sol a été calculée à partir des mesures de déformation effectuées lors d’essais en grandeur réelle sur le terrain, où un pieu a été installé dans un profil de sol très expansif et inondé pendant plusieurs mois. Les résultats ont été comparés aux estimations théoriques disponibles afin de commenter la procédure la plus appropriée pour estimer la tension générée dans le pieu. Les résultats ont montré que l’utilisation d’une solution élastique liée au soulèvement du sol prévu, combinée à un frottement limite de l’arbre estimé à partir des méthodes de capacité de contrainte totale, a fourni la correspondance la plus appropriée aux résultats mesurés, à la fois en termes d’ampleur de la tension développée dans le pieu et de forme du profil de tension le long de la profondeur du pieu.