Axial performance of screw micropiles subjected to quick loads in frozen soils

ABSTRACT: Screw micropiles have been recently introduced to North America as a new foundation type. The screw micropile is a steel pipe pile, threaded and tapered along its lower segment. Due to the unique characteristics, screw micropiles have major advantages such as lightweight, large capacities, reusability, and rapid installation. Screw piles may be a viable solution to foundations in the Canadian Arctic where piles are often backfilled with slurry or gravel. Conventional piles used in the Canadian Arctic require time-consuming freeze-back. However, currently there are no guidelines for the use of screw micropiles in permafrost regions. The present research investigated the engineering behaviour of screw micropiles subjected to short-term loading conditions in frozen ground using the Cold Room Facilities at the University of Alberta. Piles were installed into a smaller pilot hole in the frozen soil, which is intended to simulate the field installation method. The effects of temperature and ice content upon the short-term loading performance of model piles were examined. Preliminary results showed that the pile capacities decreased with the increase in soil temperature. The installation torque was recorded and used to infer the torque required for field installation. The failure pattern of the piles was observed to be located along the edge of individual threads; this pattern suggests that the pile capacities may be greater than conventional pipe piles in the Arctic.

RÉSUMÉ: Les micropieux à vis ont été récemment introduits en Amérique du Nord comme nouveau type de fondation. Le micropieu à vis est un pieu tubulaire en acier, fileté et effilé le long de son segment inférieur. En raison des caractéristiques uniques, les micropieux à vis présentent des avantages majeurs tels que la légèreté, les grandes capacités, la réutilisabilité et une installation rapide. Les pieux vissés peuvent être une solution viable pour les fondations de l'Arctique canadien où les pieux sont souvent remblayés avec du lisier ou du gravier. Les pieux conventionnels utilisés dans l'Arctique canadien nécessitent un gel rapide. Cependant, il n'existe actuellement aucune directive sur l'utilisation des micropieux à vis dans les régions de pergélisol. La présente recherche a étudié le comportement d'ingénierie des micropieux à vis soumis à des conditions de chargement à court terme dans un sol gelé à l'aide des installations de chambre froide de l'Université de l'Alberta. Des pieux ont été installés dans un trou pilote plus petit dans le sol gelé, qui est destiné à simuler la méthode d'installation sur le terrain. Les effets de la température et de la teneur en glace sur les performances de chargement à court terme des pieux modèles ont été examinés. Les résultats préliminaires ont montré que les capacités des pieux diminuaient avec l'augmentation de la température du sol. Le couple d'installation a été enregistré et utilisé pour déduire le couple requis pour l'installation sur site. On a observé que le modèle de rupture des pieux était situé le long du bord des fils individuels; ce schéma suggère que les capacités des pieux peuvent être supérieures à celles des pieux tubulaires conventionnels dans l'Arctique.