Uplift resistance of soils

Abstract

The uplift resistance of soils is normally associated with the design of foundations for structures such as transmission line towers where an adequate margin of safety is required against failure. This represents the design for safety case. The Author describes a scheme for the water coolant system at Sizewell A nuclear power station, where eight shafts were jacked up from tunnels to the sea-bed through 6 m of cohesionless soil. This represents the design for failure case. Existing theories based on the design for safety case were inadequate and the required jacking pressures, to overcome the uplift resistance of the soil, were successfully determined from laboratory model tests where dimensional similarity was satisfied between model and prototype. The Sizewell and field test results were compared with predictions from centrifuge tests and finite element predictions which were carried out later for the design for safety case. For cohesionless soils the centrifuge tests gave similar results to the model and field tests, whereas the finite element predictions grossly underestimated the ultimate uplift resistance for other than loose sands. A comparison is also made between predictions of the uplift resistance of cohesive soils from model tests and from theoretical studies, including finite element methods. Recent field tests on belled-out piers in cohesionless soils are compared with the results from the original Sizewell model tests. Attention is drawn to the increasing number of specializations within geotechnical engineering, the fragmentation that could develop between geotechnical engineers because of these specializations, and the necessity of keeping an open mind on, and a broad approach to, the solution of problems in geotechnical engineering. La résistance des sols à l'arrachement est générale-ment associée aux fondations de constructions telles que les mâts des lignes de transport d'énergie, où on a besoin d'une marge suffisante de sécuritè vis à vis de la rupture. Ceci correspond à un projet avec coefficient de sécurité. L'article décrit un système de refroidissement à l'eau employé à la centrale nucléaire de Sizewell A, dans lequel huit puits furent soulevés par moyen de vérins à partir de tunnels jusqu'au fond de la mer à travers 6 mètres de sol sans cohésion. Ceci représente un exemple d'une construction à la rupture. Les théories qui existaient déjà et qui étaient basées sur un project avec coefficient de securite se montraient insuffisantes, tandis que la pression des vérins nécessaire pour maîtriser la résistance du sol à l'arrachement furent effectivement déterminee a partir d'essais sur modéle en laboratoire, dans les-quels les dimensions du modéle et du prototype étaient pareilles. Les résultats des essais effectués à Sizewell et sur chantier furent comparés avec des prédictions d'essais en centrifuge aussi bien qu'avec des prédictions d'eléments finis obtenues plus tard à pour des projects avec coefficient de sécurité. Dans le cas des sols sans cohésion les essais en centrifuge produirent des résultats semblables à ceux des essais sur modèle et sur chantier, mais au con-traire les prédictions aree'éléments finis sous-évaluèrent énormément la resistance limite à Varrachement pour des sables aurres que les sables meubles. Une comparaison est aussi faite entre des prédictions de la résistance à l'arrachement de sols cohevents sur la base d'essais sur modèle et sur chantier et d'etudes théoriques, y compris des méthodes à éléments finis. Des essais récents effectués sur des pilers èvasés dans des sols sans cohe sion sont compares avec les resultats des essais sur modèle originaux effectués pour Sizewell. L'article souligne le risque de fragmentation couru par le génie géotechnique en raison d'une augmentation des spécialisations et attire l'attention sur le fait que les ingénieurs doivent avoir l'esprit ouvert et s'occuper de façon compréhensive des problèmes auxquels cette technologie fait face.