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The design and performance of foundations for the Canary Wharf development in London Docklands
Authors: Troughton V. M. 
Published: October 2009

Europe's largest commercial development is being constructed at Canary Wharf in London's Docklands. The first phase of the development includes six office buildings over the docks, a high-rise tower on the wharf, roads and basement car parking. Subsequent phases include a further 18 buildings. The site was originally developed in the 19th century as part of the West India Docks. Selection of foundations has had to take into account the influence of previous development as well as the constraints imposed by fast track construction of major buildings nearby. A wide range of pile types has been used including steel tube and segmental precast concrete driven piles, bored piles with and without grouted bases, and continuous flight auger piles. The different foundations adopted for the various structures are described and the reasons for their selection discussed. A Canary Wharf, situé dans les anciens quartiers des docks londoniens, on est en train de réaliser le plus vaste projet de développement commercial de l'Europe. La première phase de ce développement comprend la construction de six immeubles commerciaux près des docks, une tour à multiples étages sur le quai, des chaussées et des parkings souterrains. Les phases ultérieures comprendront dix-huit édifices. Au dix-neuvième siècle cette zone fut aménagée comme partie des docks des Indes occidentales. Le choix des fondations dut prendre compte de l'influence exercée par l'aménagement précédent aussi bien que les limites imposées par la construction rapide d'édifices avoisinants importants. Beaucoup de types de pieux ont été employés, notamment des pieux à tubes d'acier, des pieux préfabriqués battus segmentaires, des pieux forés avec et sans injectée et des pieux à la tarière creuse. L'article décrit les différentes fondations adoptées pour les constructions et discute les raisons pour leur sélection.
In situ measurement of total natural horizontal stresses in an expansive clay
Authors: Brackley I.J.A. , Sanders P.J. 
Published: October 2009

Vibrating-wire earth pressure cells were installed in a highly expansive, unsaturated lacustrine clay deposit, to measure the natural in situ horizontal pressure. The work was part of a project to investi- gate the design of retaining structures in expansive clay. Care was taken in the placement of the cells, to ensure that the soil was disturbed as little as possible, and the pressures were monitored for several years. Total horizontal earth pressures of two or three times the total vertical stress were recorded, and a seasonal fluctuation related to rainfall and evapo-transpiration was noted. Des cellules de pression du sol à fil vibrant ont été installés dans un dépôt d'argile lacustre non-saturée et très expansive afin de mesurer la pression horizontale naturelle en place. Ce travail faisait partie d'un projet pour étudier la construction de soutènement dans l'argile expansive. Les cellules furent positionnées soigneusement, pour que le sol soit remanie le moins possible et les pressions ont été enregistrées pendant plusieurs années. On enregistra des pressions horizontales totales due sol deux ou trois fois supérieures à celle de la contrainte totale verticale et une variation fut notée en function des précipitations et de l'évapotranspiration.
Effective stress behaviour of saturated and partially saturated granular material subjected to repeated loading
Authors: Pappin J. W. , Brown S. F. , O'Reilly M. P. 
Published: October 2009

The results of triaxial tests on specimens of compacted crushed rock in dry, saturated and partially saturated states are presented. A resilient strain model, developed earlier for dry materials, is shown successfully to predict strains in saturated and partially saturated granular materials provided that effective stress analyses are performed. For the partially saturated material this involved establishing an equivalent pore pressure to represent the effect of a differing pore air and pore water pressure. The effective stress paths arising during the undrained testing of saturated materials are discussed, particularly with reference to the effects of membrane penetration. The influence of the degree of saturation on the effective stress path is also discussed. L'article présente les résultats d'essais triaxiaux effectués sur des échantillons de roches écrasées compactées dans les états sec, saturé et partiellement saturé. On démontre qu'un modèle développé auparavant pour l'étude de la déformation resiliente dans le cas des matières sèches peut prédire d'une manière satisfaisante les déformations dans des matières granulaires saturées et partiellement saturées, à conditions que des analyses des déformations effectives soient effectuées. Pour la matière partiellement saturée cela impliquait d'établir une pression interstitielle "équivalente" pour représenter l'effet exercé par une pression différente de l'air interstitiel et de l'eau interstitielle. L'article discute les chemins effectifs de contrainte trouvés au cours d'essais non-drainés des matières saturées, plus particulièrement en fonction des effets de la pénétration des membranes, et présente une étude de l'influence exercée par le degré de saturation sur le chemin effectif de contrainte.
Measurement of the properties of sand in a calibration chamber by the cone pressuremeter test
Authors: Schnaid F. , Houlsby G. T. 
Published: October 2009

The cone pressuremeter is a new site investigation device which incorporates a pressuremeter behind a standard cone penetrometer tip. This Paper seeks to develop an understanding of the new device, and to establish a procedure to allow the test to be used to determine the engineering properties of cohe-sionless soils. A series of calibration chamber tests is described, in which three cone pressuremeter prototypes of different cross-sectional areas were used. A programme of calibration designed to examine the influence of relative density, stress level and stress ratio on the values of limit pressure obtained from the cone pressuremeter test and the cone resistance values obtained from the cone test is presented. A procedure for deducing the in situ horizontal stress, density and friction angle is described, and is used to back-analyse the test data. Le cÔne pressiomètre est un nouvel appareil de reconnaissance de sols qui incorpore un pressiomètre placè derrière un cône classique. Cet article cherche à dèvelopper notre connaissance de ce nouvel appareil et à ètablir une nouvelle procèdure peremettant à l'essai d'être utilisè pour dèterminer les propriètès mècaniques des sols sans cohèsion. Une suite d'essais faits dans une enceinte de calibration est dècrite dans laquelle 3 prototypes de cône pressiomètre de diffèrentes sections furent utilisès. On prèsente dans cet article un programme de calibration conçu pour examiner l'influence de la densitè relative, du niveau des contraintes et du rapport des contraintes sur les valeurs de pression limite obtenues à partir de l'essai au cône pressiomètre et les valeurs de rèsistance de pointe obtenues à partir de l'essai au cône. Une procèdure pour dèduire les contraintes horizontales in-situ, la densitè et l'angle de frottement interne est dècrite et est utilisèe pour l'analyse rètrospective des rèsultats des essais.
A stochastic approach for settlement predictions of shallow foundations
Authors: Zeitoun D. G. , Baker R. 
Published: October 2009

This Paper concentrates on computational methods for the analysis of settlement and differential settlement of shallow foundations due to the spatial variability of soil. The soil is modelled as a random elastic medium with constant Poisson's ratio and a random shear modulus characterized by average value, standard deviation and autocorrelation function. The stochastic integral formulation is used to calculate the covariance matrix of the displacement associated with a circular load acting on a semi-infinite elastic medium. The method requires less computational effort than the classic stochastic finite element method. A general method for calculating the statistical properties of the differential settlement between several shallow foundations is also presented. This is applied to the analysis of the differential settlement between two footings and the problem of two beams acting on three supports. Results show that spatial correlation of the shear modulus reduces the correlation of the vertical displacement at the surface of the soil. The coefficient of variation of the differential settlement associated with two beams acting on three supports is found to be proportional to the rigidity of the beam. Cet article s'intéresse aux méthodes numériques d'analyse des tassements totaux et/ou tassements différentiels de fondations superficielles occasionnés par la variation spatiale des sols. Le sol est modélisé par un milieu élastique aléatoire à coefficient de Poisson constant et à module de cisaillement aléatoire caractérisé par les trois éléments statistiques que sont la valeur moyenne, la déviation standard et la fonction d'autocorrélation. La méthode par 'Stochastic Integral Formulation' permet de calculer la matrice de co-variance des déplacements résultant du chargement circulaire d'un milieu élastique semi-infini. Cette méthode demande moins de temps-machine et de place-mémoire que la méthode classique par 'Stochastic Finite Elements'. L'article présente également une méthode générale permettant de calculer les propriétés statistiques d'un tassement differential entre plusieurs fondations superficielles. Des applications de cette méthode consistent à calculer le tassement différentiel existant entre deux socles ou entre deux poutres reposant sur trois supports. Les résultats obtenus montrent qu'une corrélation spatiale du module de cisaillement entraîne une diminution de corrélation du déplacement vertical à la surface du sol. Le coefficient de variation du tassement différentiel associé aux deux poutres reposant sur trois supports est proportionnel à la rigidité de la poutre.
On the behaviour of quay walls in earthquakes
Authors: Zeng X. , Steedman R. S. 
Published: October 2009

The failure of quay walls induced by earthquakes has been widely observed in the field. A study of the seismic response of anchored flexible quay walls based on the data of dynamic centrifuge model tests is reported, and the applicability and limitations of the widely used pseudo-static calculations are investigated. It is found that amplification of motion due to resonance may cause a greatly increased earthquake response over that predicted by a pseudo-static analysis. Resonant vibration may be a consequence of the deterioration of soil stiffness in the backfill, which is itself a result of cyclic loading and excess pore pressures induced by base shaking. This analysis is strongly supported by the data of centrifuge model tests. Principles for design are proposed, which by a model test are shown to be effective. La rupture des murs de quai provoquée par des séismes a été largement observée in-situ. L'article présente une étude de la réponse sismique de murs de quai flexibles et ancrés reposant sur les résultats obtenus au cours d'essais de modélisation par cen-trifugation dynamique. Les limites d'applicabilité des calculs pseudo-statisques sont étudiées. Il apparaît qu'une augmentation du mouvement dû à la résonance peut entraîner une réponse sismique bien supérieure à celle que prévoit l'analyse pseudo-statique. La vibration de résonance pourrait avoir pour origine une diminution de la raideur du remblai, qui résulterait elle-même du chargement cyclique et de l'exès de pression interstitielle créés lors de l'ébranlement de la base du mur. Cette analyse est confortée par les essais de modélisation. Des principes de conception d'ouvrages, vérifiés sur un essai de modélisation, sont ensuite proposés.
Limit load in translational failure mechanisms for associative and non-associative materials
Authors: Drescher A. , Detournay E. 
Published: October 2009

Translational failure mechanisms for estimation of the limit load in geotechnical boundary-value problems are considered. The equivalence of the energy balance approach and the equilibrium of forces approach for limit load evaluation in this type of failure mechanism is studied in detail. The soils are modelled as rigid-perfectly plastic materials with flow rules associative and non-associative to a linear Mohr-Coulomb yield condition. It is demonstrated that for non-associative materials with a coaxial flow rule, the limit load in translational failure mechanisms corresponds to a fully developed residual strength due to non-associativeness, and is lower than the limit load for the associative material. However, the limit load for non-associative materials with a non-coaxial flow rule may be the same as for the associative material. Implications for the interpretation of one of the limit equilibrium methods are discussed. Dans cet article, on s'intéresse aux méchanismes de rupture par translation dans le but d'estimer la charge limite de problèmes géotechniques. L'équivalence entre l'approche énergétique et la méthode par équilibre des forces est étudiée en détail pour ce type de méchanismes de rupture. Le sol est assimilé à un matériau rigide parfaitement plastique, characterise par une régle d'écoulement qui est associée (matériau standard) ou non-associée (matériau non-standard) au critére linéaire de Mohr-Coulomb. Pour un matériau non-standard on démontre que la charge limite pour un méchanisme de rupture par translation correspond en fait à une résistance résiduelle liée á la non-associativité de la régle d'écoulement; de plus la charge limite est inférieure à celle pour un matériau standard. Par contre, si la régle d'écoulement n'est pas coaxiale, la charge limite pour un matériau non-standard est équivalente á celle pour un matériau standard. Finalement, on discute les implications de cette analyse pour l'interprétation d'une des méthodes d'équilibre limite.
Development of KO in soft soils
Authors: Ting C. M. R. , Sills G. C. , Wijeyesekara D. C. 
Published: October 2009

This Paper presents observations of the development of A',,, the coefficient of lateral earth pressure at rest, in a soft kaolin undergoing one-dimensional consolidation up to 150 kPa. A consolidometer with flush diaphragm transducers was linked to a system controlled by microprocessor for controlled gradient consolidation. Remoulded and artificially sedimented samples of kaolin in distilled and sea water chemistry were used in the experimental programme. Experimental observations indicate that A"0 is not a constant but varies linearly with void ratio. It is suggested that the traditional empirical correlations between K0 and friction angle may be applicable at low stress levels, given that ty may be higher at low effective stress levels than at higher values. L'article présente des études de la détermination de A,, coefficient du poids latéral des terres au repos, pour un kaolin mou soumis à une consolidation unidimensionnelle pouvant atteindre 150 kPa. Un consolidomètre, à capteurs à diaphragmes affleurants, a été relié à un système piloté par un microprocesseur permettant de controller le gradient de consolidation. Des échantillons de kaolin remariés et artificiellement sedimentes dans de l'eau distillée et dans de l'eau de mer ont été utilisés dans le programme expérimental. Les résultats expérimentaux montrent que A~0 n'est pas constant et qu'il varie linéairement avec l'indice des vides. Il semble que les corrélations empiriques traditionnelles entre K0 et l'angle de frottement 4>' peuvent exister pour de faibles niveau de contrainte si l'on suppose que 4>' est plus grand pour les faibles contraintes effectives que pour les contraintes plus élevées.
Interpretation of shear moduli from cone pressuremeter tests in sand
Authors: Houlsby G. T. , Schnaid F. 
Published: October 2009

The interpretation of the elastic shear modulus obtained from cone pressuremeter tests is examined to assess the influence of installation disturbance and other factors on the measurement of soil stiffness. In particular it is shown that the cone pressuremeter test can give reliable values of unload-reload shear modulus. The typical shape of unload-reload loops is examined, and two procedures to calculate the shear modulus are proposed. The shear moduli calculated from measurements made with strain arms and those calculated from volume change measurements are compared. A method is presented that allows the relevant stress level acting around the pressuremeter during the test to be taken into account in the interpretation of measurements of the shear modulus. The values of the moduli obtained from the cone pressuremeter are comparable with those obtained from the self-boring pressuremeter. L'article s'intéresse à l'interprétation du module de cisaillement élastique obtenu à partir d'essais de cone-pressiomètre afin d'étudier l'influence des perturbations induites lors de l'installation de l'appareil et de certains autres facteurs sur les mesures de raideur des sol. Il apparaît en particulier que l'essai cone-pressiomètre peut fournir des valeurs fiables de module de cisaillement lors de cycles chargement-déchargement. La forme typique des courbes de chargement-déchargement est examinée et deux méthodes permettant de calculer le module de cisaillement sont proposées. Les modules de cisaillement calculés à partir de mesures faites à l'aide de capteurs de déplacement sont comparés à ceux issus de measures par variation de volume. L'article présente une méthode qui permet de prendre en compte, lors de l'interprétation des mesures de module de cisaillement, la contrainte réelle agissant autour du pressiomètre pendant l'essai. Les valeurs du module obtenues à partir du cone-pressiomètre sont comparables à celles obtenues à l'aide d'un pressiomètre autoforeur.
Similarity solutions for drained a undrained cavity expansions in soils
Authors: Collins I. F. , Stimpson J. R. 
Published: October 2009

A procedure for analysing the expansion of cylindrical and spherical cavities in hardening/softening soils is described, with the aim of providing a realistic and theoretically sound model on which to base analyses of the action of penetrometers and piles. Similarity solution methods are used to analyse the expansion of created cavities from zero initial radius. They circumvent the need to solve partial differential equations, and require the use of relatively simple computational methods involving the numerical solution of a small number of first-order ordinary differential equations. The procedure can be applied to any of the existing plasticity models used to model the deformation of soils and sands, and is illustrated here by use of a modified Cam clay critical state model. Both drained and undrained expansions are studied. Attention is concentrated on the relation between the values of the far-field, in situ and state variables and of the ‘measurable’ stress components on the cavity wall. L'article décrit une procédure permettant d'analyser la dilatation de cavités cylindriques et sphériques dans des sols durcissants/radoucissants. Cette procédure a pour but d'obtenir une modélisation théorique réaliste sur laquelle on pourrait baser l'étude de l'action des pénétromètres et des pieux. La dilatation, à partir d'un rayon initial nul, de cavités construites est analysée à l'aide de méthodes à solutions équivalentes. Ceci permet de s'affranchir de la résolution d'équations différentielles partielles et nécessite l'utilisation de méthodes de modélisation relativement simples faisant appel à la résolution numérique d'un nombre réduit d'une nombre réduit d'équations différentielles classiques du premier ordre. La procédure peut être appliquée à tout modèle de plasticité déjà existant et utilisé pour la modélisation de la déformation des sols et des sables. Elle est appliquée dans notre cas à un modèle d'état critique de Cam clay modifié. Les dilatations drainées et non-drainées ont été toutes deux étudiées. L'attention a été plus particulièrement portée sur les relations pouvant exister entre les variables d'état du terrain et les composantes mesurables de la contrainte sur les parois de la cavité.
Cracks, bifurcation and shear bands propagation in saturated clays
Authors: Saada A.S. , Bianchini G.F. , Liang Liqun 
Published: October 2009

Discontinuities in the form of cracks or fissures and inclusions are often present in natural clays. They serve as stress concentrators when loads are applied to the material. Such concentrations result in cracks advancing, often surrounded by and preceded by a propagating damage zone. As cracks propagate, the damage may be in the form of one or more shear bands, which may play the part of new stress concentrators and blunt the action of the original crack. This Paper examines some of the phenomena associated with cracks in over-consolidated clays and normally consolidated clays. Differences between isotropic and anisotropic materials, and the level at which serious modifications take place in the fabric of the material are noted. The influence of the cracks and the shear bands on the kinematics and strength of the test specimens is discussed. Des discontinuités sont souvent présentes, sous forme de fractures, fissures et inclusions, dans les argiles naturelles. Elles jouent le rôle de concentrateurs de contrainte lorsque des charges sont appliquées sur le matériau. De telles concentrations se traduisent par une progression des fissures, souvent entourée et précédée par une zone d'endommagement. Lorsque les fissures se propagent, l'endommagement peut apparaître sous forme d'une ou plusieurs bandes de cisaillement qui peuvent jouer le rôle de nouveaux concentrateurs de contrainte et réduire l'action des fissures initiales. L'article étudie quelques uns des phénomènes associésà la fissuration dans des argiles surconsolidées ou normalement consolidées. Des différences entre matériaux isotropes et anisotropes, ainsi que le niveauà partir duquel des modifications importantes apparaissent dans la texture, ont été observés. L'influence des fissures et des bandes de cisaillement sur la cinématique et la résistance des échantillons d'essai est discutée.