2901
Case Studies of Cost-effective Foundation Design in Rock
Études de cas sur la conception de la Fondation rentable dans Rock
Wong P.K.
Coffey Geotechnics Pty Ltd, Australia
ABSTRACT: In the Sydney region of Australia, the design of rock socketed piles in medium to strong rock is generally governed by
settlement criteria, and designs are typically carried out using presumptive “serviceability” values quoted in the literature. The
benefits of using a load-settlement performance rock socketed pile design method, rather than using “presumptive” values, are
presented via two case studies in the Sydney region. On one site underlain by medium to high strength shale, dynamic pile load
testing was carried out, and on another site underlain by high strength sandstone, Osterberg Cell (O-Cell) testing was carried out to
validate the designs. The case studies presented clearly demonstrated that better understanding of load-deformation characteristics of
pile foundations will lead to more cost-effective designs. Project owners have a tendency to resist spending money on testing, but the
savings that can be achieved by adopting shorter rock socket lengths on medium to large projects far exceed the cost of pile load
testing. The adoption of shorter rock socket lengths is generally the objective of project owners and contractors, but at the same time,
has the benefit of preserving natural resources and reduction in CO2 emissions.
RÉSUMÉ : Dans la région de Sydney, de l'Australie, la conception des haldes encastrés dans un milieu à forte rock est généralement
régie par critères de règlement, et conceptions sont généralement réalisées en utilisant les valeurs présumées « fonctionnalité » cités
dans la littérature. Les avantages de l'utilisation d'un rocher de rendement de charge-tassement encastrés conception de pieux
méthode, plutôt que d'utiliser les valeurs « présumées », est présentée par l'intermédiaire de deux études de cas dans la région de
Sydney. Sur un même site sur des moyennes et schiste de haute résistance, essai de chargement de pieux dynamique a été réalisée, et
sur un autre site sur des grès de haute résistance, Osterberg cellules (O-) essais a été réalisée pour valider les modèles. Les études de
cas présentées a clairement démontré que meilleure compréhension des caractéristiques de contrainte-déformation des fondations sur
pieux aboutira à des conceptions plus rentables. Maîtrise d'ouvrage ont tendance à résister à dépenser de l'argent sur les essais, mais
les économies qui peuvent être obtenus en adoptant plus rock socket courtes sur moyens et grands projets bien dépassent le coût des
tests de charge de pile. L'adoption de plus courtes longueurs de douille de roche est généralement l'objectif de la maîtrise d'ouvrage et
les entrepreneurs, mais en même temps, a l'avantage de préserver les ressources naturelles et la réduction des émissions de CO2.
KEYWORDS: Rock sockets, bored piles, dynamic load test, Osterberg cell test, Sandstone, Shale, Serviceability
1 INTRODUCTION
The design of pile foundations in Sydney Sandstone and Shale
in Australia has been carried out largely on the basis of “recipe
book” approach, using the well-known references of Pells et al
(1978) in Working Stress format, and Pells et al (1998) in Limit
State format. Virtually in all cases, piles founded in rock are
governed by serviceability limit (i.e. settlement criteria) rather
than strength limit. Yet, there is little information on the
deformation characteristics of piles founded in Sydney
Sandstone and Shale. The use of presumptive design values
quoted in references often leads to conservative designs.
Table 1. Design Values for Shale based on Pells et al (1998)
Shale
Class
(1)
Typical
UCS
(MPa)
Serv.
Base,
f
ba
(MPa)
Ult.
Base, f
bu
(MPa)
(2)
Ult. Shaft,
f
sa
(MPa)
Typical
Field
Modulus,
E (GPa)
I
> 16
8
> 120
1
> 2
II
> 7
6
30 - 120
0.6 - 1
0.7 - 2
III
> 2
3.5
6 - 30
0.35 - 0.6
0.2 - 1.2
IV
> 1
1
> 3
0.15
0.1 - 0.5
V
> 1
0.7
> 3
0.05 - 0.1
0.05- 0.3
Table 2. Design Values for Sandstone based on Pells et al (1998)
Sandstone
Class
(1)
Typical
UCS
(MPa)
Serv.
Base,
f
ba
(MPa)
Ult.
Base, f
bu
(MPa)
(2)
Ult.
Shaft, f
sa
(MPa)
Typical
Field
Modulus, E
(GPa)
I
> 24
12
> 120
3
> 2
II
> 12
12
60 - 120
1.5 - 3
0.9 - 2
III
> 7
6
20 - 40
0.8 - 1.5
0.35 - 1.2
IV
> 2
3.5
4 - 15
0.25 -
0.8
0 .1 - 0.7
V
> 1
1
> 3
0.15
0.05 - 0.1
(3)
(1) Rock Classification also depends on defect spacing and amount of
seams
(2) Not more than 0.5 x UCS for Classes I, II and III Rock
(3) Not sure why this is less than modulus values for shale
Based on Pells et al (1998), the typical values adopted for
design of rock socketed piles in Sydney Shale and Sandstone
are tabulated in Tables 1 and 2 respectively. Pells et al (1998)
suggested that the “serviceability” end bearing values given are
for settlement < 1% of the minimum footing dimension, and
that “ultimate” values occur at settlement > 5% of the minimum
footing dimension. No “serviceability” values are given for
shaft friction, because under serviceability loads, the pile shaft
