Evaluation of the soil-pile interface friction angle (δ) in Silty Sand by means of Direct Shear Testing

Logan Bessette, Seth Knihtila, Adam Sevi

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoManitoba 2012: 65th Canadian Geotechnical Conference

Session: M1A - Soil Mechanics I

ABSTRACT: For piles placed in non-cohesive soil, a major component of the capacity is composed of the soil-structure friction along the length of the shaft. The objective of this study was to determine the soil-pile interface friction angle, delta (!), for various pile types in a locally available silty sand. The silty sand tested in this study underlies most of Norwich University, located in Northfield, Vermont U.S.A. A sample was retrieved from the underlying soil strata and underwent both a mechanical and hydrometer particle size analysis, and a specific gravity test. The soil was classified as a SM - Silty SAND, with a specific gravity of 2.68. The soil-pile interface angle delta (!), was tested for wooden piles (pine), steel piles both smooth and rough, and concrete piles both smooth and rough. Each pile material specimen was modeled to be a 100mm x 100mm x 12.7mm square box, to fit in the bottom of the ELE direct shear box. The SM - Silty SAND was tested under normal loads of 34.5, 68.9, 103.4, and 137.9 kPa (5, 10, 15, and 20 psi) to determine its angle of internal friction and depths of 2.7, 5.5, 8.2, and 10.9 meters below the surface. The angle of internal friction (") of the soil was found to be 38 degrees. Each modeled pile was placed in the bottom half of the direct shear box, and soil, at a controlled unit weight of 12.0 kN/m3 (83 pcf), was placed on top of the pile in the shear box. Each pile material was tested at the same confining stresses as the silty sand outlined above. It was found that the wood pile exhibited a delta (!) friction angle of 30 degrees, with a !/" value of .79. The smooth and rough concrete modeled piles exhibited delta (!) friction angles of 32 and 37 degrees respectively, with !/" values of .84 and .97 respectively. The smooth and rough steel piles exhibited delta (!) friction angles of 30 and 31 degrees respectively, with !/" values of .79 and .82 respectively. It was found, after testing, that the reaction between rough and smooth steel piles and soil are basically the same. It was determined that the most effective way to utilize the full extents of the angle of internal friction of the soil is to use rough concrete piles. R…SUM… L'objectif de cette ”tude est de d”terminer le delta d'angle de friction d'interface de tas de sol (!), pour les types de tas diff”rents dans le sable Limoneux. Le Sable Limoneux ”valu” dans cette ”tude sous-tend la plupart d'Universit” Norwich, trouv”e dans Vermont Northfield U.S.A. Un ”chantillon a ”t” r”cup”r” des strates de sol sous-tendantes et a subi tant m”canique qu'analyse de grandeur de particule d'ar”om‘tre et aussi une ”preuve de densit”. Le sol a ”t” classifi” comme un SM - le SABLE Limoneux, avec une densit” de 2.68. Le delta d'angle d'interface de tas de sol (!), a ”t” ”valu” pour les tas de bois (le pin), l'Acier entasse tant roul” que sabl” et le b”ton entasse tant lisse que rugueux. Chaque exemplaire de mati‘re de tas a ”t” model” pour ’tre 100 millim‘tres x 100 millim‘tres x la boflte carr”e de 12.7 millim‘tres, ’tre correspondu dans le fond de l'ELE la boflte de tondage directe. Le SM - le SABLE Limoneux a ”t” ”valu” sous les charges normales de 34.5, 68.9, 103.4 et 137.9 kPa (5, 10, 15 et 20 psi) pour d”terminer son angle de friction int”rieure et de profondeurs de 2.7, 5.5, 8.2 et ‹ 10.9 m‘tres au-dessous de la surface. L'angle de friction int”rieure (") du sol a ”t” trouv” pour ’tre 38 degr”s. Chaque tas model” a ”t” plac” dans le fond la moiti” de la boflte de tondage directe et le sol, ‹ un poids d'unit” contrŽl” de 12.0 kN/m3 (83 pcf), a ”t” plac” sur le haut du tas. Chaque mati‘re de tas a ”t” ”valu”e aux m’mes tensions de confinant que le Sable Limoneux. Il a ”t” constat” que le tas de bois a expos” un delta (!) l'angle de friction de 30 degr”s, avec un ! / " la valeur de .79. L'acier et le b”ton ont model” le delta expos” de tas (!) les angles de friction de 32 et 37 degr”s respectivement, avec ! / " les valeurs de .84 et .97 respectivement. L'acier roul” et sabl” entasse le delta expos” (!) les angles de friction de 30 et 31 degr”s respectivement, avec ! / " les valeurs de .79 et .82 respectivement. Il a ”t” trouv”, apr‘s la mise ‹ l'essai, que la r”action entre sabl” et a roul” des tas d'acier et du sol sont fondamentalement le m’me. Il a ”t” d”termin” que la fa“on la plus efficace d'utiliser les mesures compl‘tes de l'angle de friction int”rieure du sol est d'utiliser des tas concrets rugueux.

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