Large scale experimental study on isolated shallow foundations submitted to overturning moment

ABSTRACT: The majority of power substations in Quebec were built between the 1940s and 1970s. Today, these substation foundations no longer meet the requirements of current standards for overturning resistance. Nevertheless, these foundations have experienced numerous forces in the years since their commissioning, including wind-induced lateral forces. In the present study, a full-scale experimental program has been developed for evaluation of the ultimate and serviceability resistance of existing shallow foundations of the "Montreal-Nord" substation, to determine the real safety factor against overturning moments. The foundations consist of unreinforced monolithic square piers cast in place on the rock without anchorage, confined by 1.5 to 2.0 m of granular backfill and granular road base. Several measurement devices with complementary characteristics were used to collect as much data as possible, enabling an extremely precise follow-up of the applied forces and deformations occurring throughout the tests. According to the findings of this study, analytical solutions failed to adequately recognize the overturning resistance of these foundations by underestimating soil resistance.

RÉSUMÉ: La majorité des postes électriques au Québec ont été construites entre les années 1940 et 1970. Aujourd'hui, ces fondations dans les postes ne répondent plus aux exigences des normes en vigueur en matière de résistance au renversement. Néanmoins, ces fondations ont subi de nombreuses forces au cours des années depuis leur mise en service, y compris des efforts latéraux induits par le vent. Dans la présente étude, un programme expérimental à grande échelle a été développé pour évaluer la résistance ultime et en service des fondations peu profondes existantes au poste « Montréal-Nord », afin de déterminer le coefficient de sécurité réel contre le moment de renversement. Les fondations en place sont constituées de piles carrées monolithiques non armées coulées en place sur le roc sans ancrage, confinées par 1,5 à 2.0 m de remblai et d’une fondation granulaire. Durant les essais, plusieurs appareils de mesure aux caractéristiques complémentaires ont été utilisés afin de collecter un maximum de données, permettant un suivi extrêmement précis des efforts appliqués et des déformations survenant tout au long des essais. Selon les résultats de cette étude, les solutions analytiques n'ont pas adéquatement estimé la résistance au renversement de ces fondations en sous-estimant la résistance du sol.