Stresses and strains on the surface of anchors

Contraintes et déformations à la surface d’ancrage

Institute for Soil and Rock Mechanics, Karlsruhe, GFR

Abstract

Pull-out resistance tests on cylindrical ground anchors with small diameters (5 to 15 cm) show a high bearing capacity not derivable from the overburden pressure.

To investigate this fact full scale tests were performed measuring skin friction (τ_rz = — τ_zr) and normal stress (σ_r) on the anchor surface (rough) with the help of installed cells. Analysing the ratio of skin friction and normal stress, large angles of internal friction were stated not to be derived from triaxial tests or from direct shear tests. Beyond that contradictions appear if kinematic conditions and usual assumption of coaxiality of stresses and strain increments are taken into account. However, if coaxiality is disregarded and using Mohr's stress and strain circles with regard to the kinematic conditions concerned, the test results do not point out any contradictions. These theoretical considerations reveal that dilatancy effects are above all responsible for the bearing capacity of cylindrical anchors.

Modifications of conventional laboratory tests are explained and test results of a « true direct shear tests » are given confirming the considerations stated above.

The fundamental impact of these results on the calculation of the bearing capacity of cylindrical anchors is discussed.

Résumé

Des essais d'arrachement d'ancrages de sol de petit diamètre (5 à 15 cm, longueur 3 m) ont donné des résistances limites élevées que l'on ne peut pas expliquer à partir de la pression du poids des terres.

On a exécuté des essais à grande échelle, dans lesquels la résistance au frottement (τ_rz = — τ_zr) et la contrainte normale (σ_r) à la surface (rugeuse) de l'ancrage ont été mesurées à l'aide de cellules. Les rapports entre les efforts de cisaillement et les contraintes normales ont donné des angles de frottement très élevés, qu'il n’est pas possible de déduire d’essais triaxiaux ou d'essais de cisaillement. De plus, des contradictions apparaissent si l'on tient compte des conditions cinématiques tout en retenant les hypothèses courantes au sujet de la coaxialité des contraintes et des déformations. Par contre, si on abandonne l'hypothèse de coaxialité tout en prenant en compte la dilatance des matériaux dans les conditions de cinématique existantes, l'analyse des cercles de Mohr pour les contraintes et les déformations permet d’éliminer toute contradiction dans les résultats des essais. Ces analyses théoriques prouvent que les effets de dilatation sont le facteur prépondérant qui détermine la force limite d'ancrages cylindriques.

On explique les modifications que l'on a été conduit à apporter aux essais classiques en laboratoire et les résultats ainsi obtenus confirment les considérations énoncées ci-dessus.

On discute finalement les conséquences fondamentale qui en résultent pour le calcul de la force limite d'éléments d'ancrage cylindriques.