Rationalizing the Design of Adfreeze Piles with Limit States Design

T. Ed Hoeve, J. Richard Trimble

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions and Permafrost Geotechnics I

ABSTRACT: Adfreeze steel pipe piles (adfreeze piles) are a commonly used foundation type in permafrost areas and are well suited to relatively light loads. The strength of the permafrost into which the piles are installed is time-dependent. Permafrost has higher resistance to short-term loads than sustained loads, all else being equal. Adfreeze piles are designed by assuming that they will settle in creep under load, over the life of the structure being supported. The capacity of adfreeze piles is dependent on the pile configuration, the nature of the load being applied, the characteristics of the permafrost, and the allowable deformation of the structure being supported. Pile capacity can be optimized by taking into account the duration of the various types of loading be imposed on the pile. It is proposed that this be done by considering long-term and short-term loading separately. In the context of Limit States Design, allowing for deformation is analogous to Serviceability Limit State (SLS). It is not practical to think of adfreeze pile capacity in terms of an Ultimate Limit State (ULS). Consequently, it is proposed that piles should be designed by referencing service (unfactored) loads, as designing for factored loads may be unnecessarily conservative. An approach to maintaining appropriate conservatism under SLS is proposed. Compression loading and frost-jacking resistance are considered.

RÉSUMÉ: Les pieux en acier du type qui favorise l'adhérence due au gel (pieux géli-adhérents) sont un type de fondation couramment utilisé dans les zones de pergélisol et sont bien adaptés pour les charges relativement légères. La force du pergélisol dans lequel les pieux sont installés est dépendante du temps. Le pergélisol offre une plus grande résistance aux charges à court terme qu™aux charges maintenues, tous autres facteurs étant égaux. Les pieux géli-adhérents sont conçus en supposant qu™ils vont se tasser par fluage sous la charge, au cours de la vie de la structure. La capacité des pieux géli-adhérents dépend de la configuration du pieu, de la nature de la charge appliquée, des caractéristiques du pergélisol et de la déformation admissible de la structure étant soutenue. La capacité des pieux peut être optimisée en tenant compte de la durée des différents types de chargement qui seront imposés sur les pieux et en considérant le chargement à long terme et à court terme séparément. Dans le contexte de la conception aux États Limites, la déformation admissible est analogue à la capacité structurale en service (ELS). Il n'est pas pratique de considérer la capacité de pieux géli-adhérents en termes d™état limite ultime (ELU). Par conséquent, il est proposé que les pieux soient conçus en utilisant les charges de service (non pondérées), car l™utilisation des charges pondérées peut être inutilement conservatrice. Une approche de conception utilisant la capacité structurale ELS est par consequent proposée. Les charges en compression et la résistance au soulèvement dû au gel sont considér.

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