Experimental Investigation of the Influence of Advancement Rate on the Axial Bearing Capacity of Screw Piles in Saturated Cohesionless Soil at Varying Relative Densities
Author
Larsen, Philip Mærkmose
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Submitted on
2026-10-19
Abstract
This thesis experimentally investigates how advancement rate (AR) and relative density (Dr) affect the axial resistance of screw and helical piles installed in fully saturated, cohesionless soil (sand without clay bonding). Piles were installed at advancement rates between AR = 0.4 and AR = 1.4 in sand prepared at different relative densities, and then tested under both compressive and pullout loading. Cone Penetration Tests (CPTs) were carried out to characterise the soil conditions, and the pile response was evaluated from measured force–displacement curves using several interpretation methods. The pullout tests did not show any clear systematic relationship between advancement rate and ultimate resistance. The results therefore suggest that pullout resistance is relatively insensitive to advancement rate within the investigated range, and no advancement-rate correction factor was proposed for pullout loading. However, rotational movement resembling an unscrewing motion was observed during several pullout tests, indicating that rotational behaviour may influence the failure mechanism. Under compressive loading, the influence of advancement rate was much more pronounced. In looser sand, installation away from pitch-matched conditions (where advancement rate and helix pitch are aligned) generally reduced the compressive resistance. In denser sand, underflighted installation (where the pile advances faster than the helix pitch would imply) led to increased resistance. A significant reduction in compressive resistance was observed at AR = 0.8 for both density conditions, demonstrating that the influence of advancement rate depends on the initial relative density. Based on the experimental results, a piecewise empirical correction factor for compressive resistance was developed, which depends on both AR and Dr.
Denne afhandling undersøger gennem forsøg, hvordan fremføringshastighed (AR, advancement rate) og relativ tæthed (Dr) påvirker den aksiale bæreevne af skrue- og spiralpæle installeret i fuldt vandmættet, friktionsjord (sand uden kohæsion). Pælene blev installeret med fremføringshastigheder mellem AR = 0,4 og AR = 1,4 i sand med forskellige tætheder og derefter testet både i tryk (kompression) og ved optræk (pullout). For at beskrive jordens egenskaber blev der udført CPT-målinger (Cone Penetration Tests), og pælenes reaktion blev vurderet ud fra kraft–deformationskurver ved hjælp af flere fortolkningsmetoder. Optrækstesterne viste ingen tydelig systematisk sammenhæng mellem fremføringshastighed og maksimal bæreevne. Resultaterne tyder derfor på, at optræksbæreevnen kun i begrænset omfang påvirkes af fremføringshastigheden inden for det undersøgte interval, og der blev ikke foreslået nogen korrektionsfaktor for fremføringshastighed ved optræk. Under flere optrækstester blev der dog observeret rotation svarende til en “afskrunings”-bevægelse, hvilket antyder, at rotationsadfærd kan påvirke brudmekanismen. Under kompressionsbelastning var påvirkningen fra fremføringshastigheden væsentligt tydeligere. I løsere sand gav installation, der afveg fra pitchmatchede betingelser (hvor fremføringshastighed og gevindstigning passer sammen), generelt lavere kompressionsbæreevne. I tættere sand med underflighted installation (hvor pælen bevæger sig hurtigere frem end gevindstigningen tilsiger) steg bæreevnen derimod. Ved AR = 0,8 blev der observeret en markant reduktion i kompressionsbæreevnen for begge tæthedstilstande, hvilket viser, at effekten af fremføringshastighed afhænger af den oprindelige relative tæthed. På baggrund af forsøgene blev der udviklet en stykvis empirisk korrektionsfaktor for kompressionsbæreevne, der afhænger både af AR og Dr.
[This abstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords