Empirical Torque Methods for Steel Screw Micropiles from Field Loading Tests

RÉSUMÉ: Les micropieux vissés en acier constituent un nouveau type de fondation destiné aux applications légères ou à la réhabilitation de bâtiments, offrant plusieurs avantages par rapport aux pieux en béton conventionnels. La géométrie particulière de leur fût nécessite des approches de conception spécifiques. Malgré leur utilisation croissante, les données issues d’essais sur le terrain concernant leur mode de rupture axial et leur conception basée sur le couple d’installation restent limitées. Cette étude vise à évaluer la capacité ultime des micropieux vissés et à établir des corrélations empiriques entre le couple d’installation et la capacité ultime. Des essais en charge axiale, en compression et en traction, ont été réalisés à grande échelle dans des sols cohérents et non cohérents sur cinq types de micropieux vissés. Ces pieux testés présentent des diamètres allant de 76 mm à 114 mm et des longueurs de 1,6 m à 3,0 m. Chaque type d’essai a été répété trois fois, totalisant 60 essais. Des investigations géotechniques en laboratoire et sur le terrain ont permis de caractériser les sols. Les résultats ont montré que, dans les sols non cohérents, le couple d’installation augmentait linéairement avec la profondeur, tandis que dans les sols cohérents, il tendait à se stabiliser une fois le segment fileté entièrement ancré. Les capacités ultimes observées allaient de 20 à 99 kN. Une relation linéaire fiable a été établie entre le couple d’installation et la capacité en compression, avec des facteurs de couple variant de 21,5 à 27,8 m-1, indiquant une fiabilité typique à élevée. Pour les essais en traction, les facteurs de couple allaient de 11,5 à 16,0 m-1 dans les sols non cohérents, et de 23,1 à 30,9 m-1 dans les sols cohérents. Bien que des tendances similaires aient été observées en fonction de la géométrie des pieux, les essais en traction ont présenté une plus grande variabilité.

ABSTRACT: Steel screw micropiles are a new pile type for light load applications or building remediation, offering several advantages over conventional concrete piles. Unique feature of screw micropile shafts requires distinctive design approaches; despite the growing use, there is limited field measured data on their axial failure mode or torque-based design. This study aims to evaluate the ultimate capacity of screw micropiles and develop empirical correlations between installation torque and ultimate capacity. Full-scale axial compression and tension tests in both cohesionless and cohesive soils were performed on five screw micropile types. These test piles have diameters ranging from 76 mm to 114 mm and lengths from 1.6 m to 3.0 m. Each test type was repeated three times, totalling 60 tests. Field and laboratory investigations were conducted to characterize the soils. The results showed that in cohesionless soil, installation torque increased linearly with depth, while in cohesive soil, torque tended to stabilize after the threaded segment was fully embedded. Ultimate capacities ranged from 20 to 99 kN. A reliable linear relationship was observed between installation torque and ultimate compressive capacities, with torque factors ranging from 21.5 to 27.8 m-1 for compression tests, showing typical to high reliability. For tension tests, torque factors ranged from 11.5 to 16.0 m-1 in cohesionless soils and 23.1 to 30.9 m-1 in cohesive soils. Although similar trends with pile geometry were observed, tension tests exhibited a greater scatter.