Physical model tests of the geotechnical response of a pile in unfrozen and freezing soils subjected to combined loads

ABSTRACT: Many civil engineering structures are subjected to significant lateral loads and overturning moments, in addition to vertical compressive load. Piled foundations for these structures in cold region should be designed more cautiously to resist compressive loads, lateral loads, uplift loads and moments because mostly they act simultaneously on the piles. Passive soil resistance which provides lateral support to the pile, is a function of the soil thermal regime (freezing, thawing, temperature). This manuscript presents and discusses the results of physical model tests on model pile placed in freezing and unfrozen fine sand, respectively, subjected to combined axial and lateral loads. Dimensions of the model pile were established using physical scaling laws. The setup was equipped with various sensors and instruments (e.g., LVDT, Temperature sensors, strain gauge) to monitor the pile and soil response during static loading. The obtained results will be useful for the geotechnical design of climate-adaptive piled foundations for bridges and other structures in Canada and other cold regions under global warming.

RÉSUMÉ: De nombreuses structures de génie civil sont soumises à des charges latérales importantes et à des moments de renversement, en plus de la charge verticale de compression. Les fondations sur pieux de ces structures doivent être conçues pour résister non seulement aux charges de compression, mais aussi aux charges et moments latéraux et de soulèvement, car la plupart du temps ils agissent simultanément sur les pieux. La résistance passive du sol, qui fournit un support latéral au pieu, est fonction du régime thermique du sol (gel, dégel, température). Ce manuscrit présente et discute les résultats d'essais sur modèle physique de pieux modèles placés dans du sable fin gelé et non gelé, respectivement, soumis à des charges axiales et latérales combinées. Les dimensions du modèle de pieu ont été établies à l'aide de lois d'échelle physiques. L'installation était équipée de divers capteurs et instruments (par exemple, LVDT, capteurs de température, jauge de contrainte) pour surveiller la réponse du pieu et du sol pendant le chargement statique. Les résultats obtenus seront utiles pour la conception géotechnique de fondations sur pieux adaptées au climat pour les ponts et autres structures au Canada et dans d'autres régions froides dans le cadre du réchauffement climatique.