The influence of electro-osmosis on metallic piles in clay

Abstract

The stress field around a metallic friction pile in clay can be modified quite drastically byapplyinga modest, direct current electrical potential across the system with the pile as one electrode. The resistance to penetration of a cathodic pile shaft can be reduced by a factor of at least three and, conversely, that of an anodic pile doubled. Once the pile has been installed, continued application of electro-osmosis appears to increase permanently its load capacity. There is also some evidence, from small scale tests, that, even if the dc potential is disconnected after installing the pile, its load capacity is eventually greater than that of the untreated pile, irrespective of the initial polarity. Although some of these phenomena have been demonstrated previously, at both small and large scale, they have received very little systematic study. In order to obtain reliable experimental data, a series of small field-scale pile tests has been performed in which an elaborately instrumented steel pile was jacked into a clay soil under a variety of applied dc potentials. Load cells measured the stresses acting on the pile while it penetrated the clay both with and without electro-osmosis. The results are presented along with an interpretation of them based on recently published research into the basic mechanism of electro-osmotic (eo) soil consolidation. In addition to investigating the effect of eo during pile driving, further tests were performed to examine its effect some time after installation. These results are also discussed. Il est possible de modifier considérablement le champ de contraintes entourant un pieu flottant métallique dans de l'argile par l'application d'un courant continu de faible potentiel aux bornes du système, le pieu constituant l'une des électrodes. La résistance à la pénétration du fût d'un pieu cathodique peut être réduite de 300% et, inversement, celle d'un pieu anodique peut être doublée. Une fois le pieu installé, il semble que l'application continue d'une électroosmose entraîne l'accroissement permanent de sa capacité de charge. Des essais à petite échelle tendraient également à prouver que même en cas de suppression du potentiel après la mise en place du pieu, la capacité de charge de celui-ci est éventuellement supérieure à celle d'un pieu non traité, quelle que soit la polarité initiale. Bien que certains de ces phénomènes aient déjà été démontrés antérieurement, tant à petite qu'à grande échelle, aucune étude systématique de ceux-ci n'a été entreprise. Pour acquérir des données expérimentales fiables, une série d'essais in situ, à petite échelle, de pieux a été réalisée. Ces essais consistaient à enfoncer dans un sol d'argile un pieu en acier équipé de toute une variété d'instruments de mesure et à lui appliquer des tensions diverses. Des cellules de mesure pour charges enregistraient les contraintes s'exerçant sur le pieu au cours de sa pénétration dans l'argile, tant avec que sans électro-osmose. L'article présente les résultats ainsi que leur interprétation fondée sur des recherches récemment publiées portant sur le mécanisme de base de la consolidation du sol par électro-osmose. Outre les recherches sur l'effet de l'électro-osmose au cours du battage du pieu, d'autres essais ont été réalisés en vue d'étudier l'effet de l'électro-osmose quelques temps après la mise en place du pieu. Les résultats de ces essais sont également commentés.