Cylindrical shear resistance of helical piles subjected to seismic loads

Gustavo Padros, Richard Schmidt

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Lateral Earth Pressure

ABSTRACT: The design of helical piles in seismic regions should consider the detrimental effects produced by dilatational and shear waves travelling through soils. The dilatational wave produces an increase in pore pressure, which leads to a decrease in the effective stress and consequently a decrease in the soil shear strength. Furthermore, dynamic shear stresses are produced due to the propagation of shear waves and due to the increase in pile loads caused by the overturning moment acting on the superstructure. Helical piles manufactured with multiple helices derive their compressive resistance from shaft friction, cylindrical shear resistance (CSR) and end bearing. Given that the displacement to fully mobilize end bearing is relatively large, helical piles subjected to seismic loading must rely on cylindrical shear to resist the increment in compressive load if allows designing CSR for seismic loads.

RÉSUMÉ: La conception des pieux hélicoïdaux dans les régions sismiques devrait prendre en compte les effets néfastes produits par les ondes de dilatation et de cisaillement se propageant dans les sols. La vague de dilatation produit une augmentation de la pression dans les pores, ce qui entraîne une diminution de la contrainte effective et, par conséquent, une diminution de la résistance au cisaillement du sol. De plus, des contraintes de cisaillement dynamiques sont générées en raison de la propagation des ondes de cisaillement et de l'augmentation des charges de pieu causées par le moment de renversement agissant sur la superstructure. Les pieux hélicoïdaux fabriqués avec plusieurs hélices tirent leur résistance à la compression du frottement de l'arbre, de la résistance au cisaillement cylindrique (CSR) et du roulement en bout. Etant donné que le déplacement pour mobiliser complètement le palier d'extrémité est relativement important, les pieux hélicoïdaux soumis à une charge sismique doivent s'appuyer sur un cisaillement cylindrique pour résister à l'augmentation de la charge de compression si l'on veut éviter des dépôts importants. Le présent article présente une méthodologie basée sur la théorie de Zeevaert qui permet de concevoir la CSR pour les charges sismiques.

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Cite this article:
Gustavo Padros; Richard Schmidt (2019) Cylindrical shear resistance of helical piles subjected to seismic loads in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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