3
 C L  5  0  7 P i  l   e D  e  s i   g n  t   o E  C  7 1 P i  l   e D  e  s i   g n  t   o E  u r  o  c  o  d  e 7  T h  e  d  e  s i   g n  o f   p i  l   e  s i   s  c  o  v  e r  e  d i  n  S  e  c  t   i   o  n  7  o f  E  N 1  9  9  7 - 1  ,  w i   t  h  t  h  e  v  a l   u  e  s  o f   t  h  e  p  a r  t  i   a l  f   a  c  t   o r  s  t   a k  e n f  r  o m A  n  n  e  x A  .   S  e  c  t   i   o  n  7  M  a i  l   y  c  o n  s i   d  e r  s  t  h  e  b  e h  a  v i   o  u r  o f   p i  l   e f   o  u n  d  a  t  i   o n  s  u  d  e r  a x i   a l  l   o  a  d  s  .  T h  e  u  s  e  o f   s  t   a  t  i   c l   o  a  d  t   e  s  t   s i   s  c  o  v  e r  e  d  a  s  a n i  m  p  o r  t   a n  t   d  e  s i   g n m  e  t  h  o  d  .  A n  e  w  c  o n  c  e  p  t  i   s  t  h  e  u  s  e  o f   c  o r r  e l   a  t  i   o n f   a  c  t   o r  s    ξ   f   o r  d  e r i   v i  n  g  t  h  e  c h  a r  a  c  t   e r i   s  t  i   c  c  o m  p r  e  s  s i   v  e  a n  d  t   e n  s i  l   e r  e  s i   s  t   a  c  e  s  o f   p i  l   e  s  e i   t  h  e r f  r  o m  s  t   a  t  i   c l   o  a  d  t   e  s  t   s  o r f  r  o m  g r  o  u n  d  t   e  s  t  r  e  s  u l   t   s  .  L  i   m  i   t   s  t   a  t   e  s    C  l   a  u  s  e  7  . 2  (  1  )  P  g i   v  e  s  e l   e  v  e n l  i  m i   t   s  t   a  t   e  s  w h i   c h n  e  e  d  t   o  b  e  c  o n  s i   d  e r  e  d  ,  s  e  v  e n  a r  e  U L  S  c  o  v  e r i  n  g  g  e  o  t   e  c h n i   c  a l   o r  s  t  r  u  c  t   u r  a l  f   a i  l   u r  e  s  ,  a n  d f   o  u r  a r  e  S L  S  ,  c  o  v  e r i  n  g  e x  c  e  s  s i   v  e  s  e  t   t  l   e m  e n  t   s  .  A  c  t   i   o  n  s  T h  e m  o  s  t  f  r  e  q  u  e n  t   a  c  t  i   o n  s  t   o  b  e  c  o  s i   d  e r  e  d  a r  e  p  e r m  a n  e n  t   a n  d  v  a r i   a  b l   e l   o  a  d  s f  r  o m  t  h  e  s  u  p  p  o r  t   e  d  s  t  r  u  c  t   u r  e  s  .  A x i   a l   (  n  o r m  a l  l   y  v  e r  t  i   c  a l   )   a n  d  t  r  a n  s  v  e r  s  e  (  n  o r m  a l  l   y h  o r i  z  o n  t   a l   )  l   o  a  d i   g  s  a r  e  u  s  u  a l  l   y  c  o n  s i   d  e r  e  d  s  e  p  a r  a  t   e l   y  .  A  c  t  i   o n  s  d  u  e  t   o  g r  o  u n  d m  o  v  e m  e n  t   s  a l   s  o n  e  e  d  t   o  b  e  c  o n  s i   d  e r  e  d  . T h  e  s  e  a r  e  v  e r  y  s  p  e  c i  f  i   c  t   o  p i  l   e  s  . T  y  p i   c  a l   g r  o  u n  d m  o  v  e m  e n  t   s  a r  e  ;   V  e r  t  i   c  a l   s  e  t   t  l   e  e  t   s  c  a  u  s i  n  g  d  o  w n  d r  a  g i   .  e  . n  e  g  a  t  i   v  e  s h  a f   t  f  r i   c  t  i   o n  ,   U  p  w  a r  d  s  s  o i  l   d i   s  p l   a  c  e m  e n  t   s  c  a  u  s i  n  g h  e  a  v  e  ,  H  o r i  z  o n  t   a l   s  o i  l   d i   s  p l   a  c  e m  e n  t   s  c  a  u  s i  n  g  t  r  a n  s  v  e r  s  e l   o  a  d i  n  g  s  .  P  i   l   e  l   o  a  d  t   e  s  t   s   T h  e  p i  l   e  d  e  s i   g n m  e  t  h  o  d  s  a  c  c  e  p  t   e  d  b  y E  u r  o  c  o  d  e  7  a r  e  a l  l   b  a  s  e  d  ,  d i  r  e  c  t  l   y  o r i  n  d i  r  e  c  t  l   y  ,  o  t  h  e r  e  s  u l   t   s  o f   s  t   a  t  i   c  p i  l   e l   o  a  d  t   e  s  t   s  .  T h i   s i   s  o  b  v i   o  u  s l   y  t  h  e  c  a  s  e  w h  e  t  h  e  p i  l   e  d  e  s i   g n i   s  b  a  s  e  d  o n  p i  l   e l   o  a  d  t   e  s  t   s  o n  t  h  e  s  p  e  c i  f  i   c  s i   t   e  .  C L  5  0  7 P i  l   e D  e  s i   g n  t   o E  C  7 2  I  n  a n  y  c  a  s  e  ,  p i  l   e l   o  a  d  t   e  s  t   s  a r  e r  e  q  u i  r  e  d  w h  e  e  t  h  e r  e i   s  g r  e  a  t   u n  c  e r  t   a i  n  t   y  a  b  o  u  t   t  h  e i  r  b  e h  a  v i   o  u r i  n  a  p  a r  t  i   c  u l   a r  s i   t   u  a  t  i   o n  s  e  e  C  l   a  u  s  e  7  .  5  .   C  l   a  u  s  e  7  .  5  g i   v  e  s  a r  e  c  o m m  e n  d  e  d  t   e  s  t   p r  o  c  e  d  u r  e  a n  d i   t   e r  p r  e  t   a  t  i   o n f   o r  s  t   a  t  i   c  p i  l   e l   o  a  d  t   e  s  t   s  .  D  e  s i   g n  o f  A x i   a l  l   y L  o  a  d  e  d P i  l   e  s  T h i   s i   s  d  e  s  c r i   b  e  d i  n  C  l   a  u  s  e  7  .  6  ,  w h i   c h i   s  t  h  e  c  o r  e  o f   S  e  c  t  i   o n  7  .  L  i   m  i   t   s  t   a  t   e  s    C  l   a  u  s  e  7  .  6  . 1  . 1  (  1  )  P  g i   v  e  s  t  h  e l  i  m i   t   s  t   a  t   e  s  w h i   c h h  a  v  e  t   o  b  e  c h  e  c k  e  d  e x  p l  i   c i   t  l   y  . T h  e f  i  r  s  t   t  h r  e  e  a r  e  U L  S  ;  T h  e  b  e  a r i  n  g r  e  s i   s  t   a  c  e f   a i  l   u r  e  o f   a  s i  n  g l   e  p i  l   e  ,  T h  e  b  e  a r i  n  g r  e  s i   s  t   a n  c  e f   a i  l   u r  e  o f   a  w h  o l   e f   o  u n  d  a  t  i   o n  ,   C  o l  l   a  p  s  e  o f   a  s  u  p  p  o r  t   e  d  s  t  r  u  c  t   u r  e  .  T h  e l   a  s  t  i   s  t  h  e  S L  S  o f   t  h  e  s  u  p  p  o r  t   e  d  s  t  r  u  c  t   u r  e  c  a  u  s  e  d  b  y  d i   s  p l   a  c  e m  e n  t   s  w h i   c h  e x  c  e  e  d  a n  a  g r  e  e  d l  i  m i   t  i  n  g  v  a l   u  e  .   N  . B  . T h  e  U L  S  b  e  a r i   g r  e  s i   s  t   a n  c  e f   a i  l   u r  e  o f   a  s i   g l   e  p i  l   e  a n  d  o f   a  w h  o l   e  p i  l   e f   o  u n  d  a  t  i   o n  c  o r r  e  s  p  o n  d  s  t   o  t  h  e  t  r  a  d i   t  i   o n  a l   b  e  a r i  n  g  c  a  p  a  c i   t   y  d  e  s i   g n  .   W  e  w i  l  l  f   o  c  u  s  o n  t  h i   s  U L  S  .  P  a r  t   i   a  l   f   a  c  t   o r  s  f   o r  p  i   l   e  d  e  s  i   g  n  T h  e  s  e  t   s  o f   p  a r  t  i   a l  f   a  c  t   o r  s  a r  e  g i   v  e n i  n  t  h  e  t   a  b l   e  b  e l   o  w  .  

Notes - Pile Design to EC7

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Basic notes on how o design piles to Eurocode 7

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  • CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    1

    Pile D

    esign

    to E

    uro

    code 7

    The d

    esign of

    piles is

    covered

    in S

    ection 7

    of EN

    1997-1

    , w

    ith th

    e v

    alues

    of th

    e p

    artial facto

    rs tak

    en fro

    m A

    nnex

    A.

    Sectio

    n 7

    M

    ainly co

    nsid

    ers th

    e b

    ehavio

    ur of

    pile fo

    und

    ations u

    nder

    axial lo

    ads.

    Th

    e u

    se of

    static lo

    ad tests

    is co

    vered

    as an

    important

    desig

    n m

    ethod

    .

    A

    new

    concept

    is th

    e u

    se of

    correlatio

    n facto

    rs

    for d

    eriving th

    e

    characteristic

    com

    pressiv

    e and

    tensile

    resistances

    of piles

    either

    from

    static lo

    ad tests

    or fro

    m g

    round

    test results

    .

    Limit

    states

    Cla

    use

    7.2(1)P

    gives

    eleven

    limit

    states w

    hich n

    eed to

    be co

    nsid

    ered,

    seven

    are U

    LS co

    vering

    geotech

    nical o

    r stru

    ctural

    failures

    , and

    four are

    SLS, co

    vering

    excessiv

    e settlem

    ents.

    Actio

    ns

    Th

    e m

    ost

    frequent

    actions to

    be co

    nsid

    ered are

    perm

    anent

    and v

    ariable

    load

    s fro

    m th

    e supp

    orted

    structu

    res.

    A

    xial (n

    orm

    ally v

    ertical) and

    transv

    erse (n

    orm

    ally h

    orizo

    ntal) lo

    adings

    are u

    sually

    consid

    ered sep

    arately.

    A

    ctions d

    ue to

    gro

    und

    movem

    ents also

    need

    to b

    e co

    nsid

    ered. Th

    ese

    are v

    ery sp

    ecific to

    piles. Typical

    gro

    und

    movem

    ents are;

    V

    ertical settlem

    ents cau

    sing d

    ow

    ndrag

    i.e

    . n

    egativ

    e sh

    aft frictio

    n,

    U

    pw

    ards soil

    displacements

    causing

    heav

    e,

    H

    orizo

    ntal soil

    displacements

    causing

    transv

    erse lo

    adings.

    Pile lo

    ad tests

    Th

    e pile

    desig

    n m

    ethod

    s accepted

    by E

    uro

    code 7

    are all

    based

    , directly

    or indirectly

    , o

    n th

    e results

    of static

    pile lo

    ad tests

    .

    This

    is ob

    viously

    the case

    when

    the pile

    desig

    n is

    based

    on pile

    load

    tests o

    n th

    e sp

    ecific site

    .

    CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    2

    In

    any case

    , pile

    load

    tests are

    required

    where

    there

    is g

    reat u

    ncertainty

    about

    their

    beh

    aviour in

    a p

    articular situ

    ation see

    Clause

    7.5

    .

    Cla

    use

    7.5

    gives

    a reco

    mm

    ended

    test p

    roced

    ure

    and interp

    retation fo

    r

    static pile

    load

    tests.

    Desig

    n of

    Axially

    Load

    ed Piles

    This is

    describ

    ed in

    Clause

    7.6

    , w

    hich is

    the co

    re of

    Sectio

    n 7

    .

    Limit

    states

    Cla

    use

    7.6

    .1.1(1)P

    gives

    the lim

    it states

    which

    hav

    e to

    be ch

    ecked

    explicitly. Th

    e first

    three

    are U

    LS;

    Th

    e b

    earing resistan

    ce failu

    re of

    a single

    pile,

    Th

    e b

    earing resistan

    ce failu

    re of

    a w

    hole

    found

    ation,

    C

    ollapse

    of a

    supported

    structu

    re.

    Th

    e last

    is th

    e SLS

    of th

    e supp

    orted

    structu

    re cau

    sed by

    displacements

    which

    exceed

    an ag

    reed lim

    iting v

    alue.

    N.B

    . Th

    e U

    LS b

    earing resistan

    ce failu

    re of

    a single

    pile and

    of a

    whole

    pile fo

    und

    ation co

    rrespond

    s to

    the traditio

    nal

    bearing

    capacity

    desig

    n.

    W

    e w

    ill fo

    cus o

    n this

    ULS

    .

    Partial

    facto

    rs fo

    r pile

    desig

    n

    Th

    e sets

    of p

    artial facto

    rs are

    given

    in th

    e table

    belo

    w.

  • CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    3

    Com

    pressive

    gro

    und

    resistance

    (ULS)

    U

    LS is

    check

    ed u

    sing th

    e follo

    wing

    ineq

    uality;

    dc

    dc

    RF

    ,,

    where

    Fc,d is

    the d

    esign axial

    com

    pressio

    n lo

    ad,

    and R

    c,d is

    the d

    esign v

    alue of

    the co

    mpressiv

    e g

    round

    resistance

    .

    Th

    e co

    mpressiv

    e g

    round

    resistance

    can b

    e d

    etermin

    ed fro

    m static

    load

    tests, g

    round

    test results

    (e.g

    . sh

    ear strength

    tests), o

    r dy

    nam

    ic lo

    ad

    tests.

    Static lo

    ad tests

    Th

    e trial

    piles m

    ust

    be of

    the sam

    e typ

    e and

    must

    be fo

    und

    ed in

    the

    same stratu

    m.

    Interp

    retation m

    ust

    take into

    account

    the v

    ariability of

    the g

    round

    and

    the v

    ariability of

    the pile

    installatio

    n.

    F

    rom

    the m

    easured

    com

    pressiv

    e resistan

    ces R

    c,m

    , th

    e ch

    aracteristic

    valu

    e R

    c,k is

    obtained

    from

    ;

    {}2

    min

    ,1

    ,,

    /)

    (;/

    )(

    mc

    mea

    nm

    ck

    cR

    RM

    inR

    =

    where

    1 and

    2 are

    correlatio

    n facto

    rs related

    to th

    e n

    um

    ber

    of piles

    tested. Th

    e reco

    mm

    ended

    valu

    es are

    given

    in A

    ppendix

    A, T

    able A

    .9.

    Th

    e d

    esign co

    mpressiv

    e resistan

    ce R

    c,d is

    obtained

    by applying

    the

    partial

    factors

    given

    in T

    ables A

    .6, A

    .7 and

    A.8

    to th

    e ch

    aracteristic

    resistance

    Rc,k ;

    sk

    sb

    kb

    dc

    tk

    cd

    cR

    RR

    RR

    ,

    ,,

    ,,

    or

    +=

    =

    F

    rom

    the tables

    it can

    be seen

    that

    partial

    factors

    can b

    e applied

    separately

    to th

    e sh

    aft and

    base

    resistance

    .

    CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    4

    Gro

    und

    test results

    This is

    based

    on th

    e m

    odel

    pile p

    roced

    ure

    , w

    hich co

    nsid

    ers th

    e results

    of

    one o

    r m

    ore

    gro

    und

    test p

    rofiles, as

    follow

    s;

    C

    alculate th

    e co

    mp

    ressive resistan

    ce R

    c,cal

    by applying

    the p

    rediction

    meth

    od to

    each p

    rofile sep

    arately, u

    sing th

    e follo

    wing

    equatio

    n;

    cals

    calb

    calc

    RR

    R,

    ,,

    +=

    This

    gives

    the p

    redicted resistan

    ce of

    the pile

    if it

    was

    exactly

    at th

    e

    locatio

    n of

    the g

    round

    test p

    rofile.

    The ch

    aracteristic v

    alues

    Rc,k , R

    b,k and

    Rs,k are

    obtained

    from

    ;

    {}4

    min

    ,3

    ,,

    /)

    (;/

    )(

    calc

    mea

    ncal

    ck

    cR

    RM

    inR

    =

    where

    3 and

    4 are

    correlatio

    n facto

    rs related

    to th

    e n

    um

    ber

    of test

    profiles

    . Th

    e reco

    mm

    ended

    valu

    es are

    given

    in A

    ppendix

    A, T

    able A

    .10.

    Th

    e m

    odel

    pile p

    roced

    ure

    can b

    e u

    sed w

    ith D

    A-1

    and D

    A-2

    , b

    ut is

    not

    applicable to

    DA

    -3 sin

    ce this

    involv

    es applying

    partial

    factors

    to th

    e

    characteristic

    valu

    es of

    gro

    und

    strength p

    arameters

    .

  • CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    5

    EN 1997

    -1 D

    esign

    Exam

    ples

    These

    desig

    n ex

    amples

    are tak

    en fro

    m F

    rank et

    al.

    Exa

    mple

    1 D

    esign of

    a pile

    in co

    mpressio

    n fro

    m static

    load

    test results

    Th

    e objectiv

    e is

    to sh

    ow

    how

    the results

    of static

    load

    tests sh

    ould

    be

    interpreted

    follow

    ing E

    uro

    code 7

    .

    Th

    e objectiv

    e is

    to d

    etermin

    e th

    e n

    um

    ber

    of d

    riven

    piles of

    length 55

    m

    required

    to carry

    the applied

    load

    s.

    O

    nly U

    LSs in

    persistent

    and tran

    sient situ

    ations and

    accidental

    situatio

    ns are

    consid

    ered.

    Th

    e p

    erman

    ent v

    ertical co

    mpressiv

    e lo

    ad is

    31 M

    N and

    the v

    ertical

    accidental

    load

    is 16

    MN

    .

    It

    is assu

    med

    that

    there

    is n

    o n

    eed to

    check

    any g

    roup

    effects o

    r to

    check

    the SLS

    .

    A

    typical soil

    profile

    consists

    of 20

    30

    m of

    very

    soft clay

    , and

    muddy

    sands, and

    sands and

    grav

    els at

    the b

    ase lev

    el.

    Th

    e results

    of fo

    ur static

    load

    tests o

    n d

    riven

    piles w

    ith different

    embed

    ment

    lengths are

    available

    , as

    show

    n b

    elow

    .

    CL507 Pile

    Desig

    n to

    EC7

    6

    Exa

    mple

    2 D

    esign of

    a pile

    in co

    mpressio

    n fro

    m lab

    orato

    ry test

    results

    This

    exam

    ple p

    resents th

    e U

    LS d

    esign of

    a single

    bored

    pile in

    clay

    (pile diam

    eter B

    = 0

    .8 m)

    using

    the u

    ndrain

    ed sh

    ear strength

    cu.

    Th

    e ch

    aracteristic v

    alues

    of th

    e lo

    ads are

    a p

    erman

    ent lo

    ad of

    600 kN

    and a

    variable

    load

    of 300

    kN.

    Th

    e d

    esign aim

    s to

    check

    the req

    uired length

    of th

    e pile

    , w

    hich is

    expected

    to b

    e 18

    .5 m

    .

    Th

    e g

    round

    investig

    ation co

    nsisted

    of th

    ree p

    rofiles of

    und

    rained

    shear

    strength c

    u, as

    show

    n b

    elow

    .