foundation stability of wood pole h frame structures
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8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
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R . W . C A S W E L L
MEMBER A I E E
S y n o p s i s :
Two
c a s e s
o f 1 3 8 - k v H - f r a m e
l i n e f a i l u r e s ,
o n e
d u r i n g
a
w i n d
a n d i c e
s t o r m , a n d
o n e
d u r i n g a
t o r n a d o ,
g a v e
r i s e t o
a n i n v e s t i g a t i o n
a n d
a
s e r i e s o f
t e s t s o f
p o l e
f o u n d a t i o n s
a n d
s t r u c t u r e s .
T h e i n a d e -
q u a c y o f n a t i v e s o i l
b a c k f i l l
b e f o r e r e c o n s o l i -
d a t i o n
d u r i n g
t h e e a r l y l i f e
o f
a
l i n e , e s p e -
c i a l l y
i n
w e t s o i l ,
w a s d e m o n s t r a t e d . I t
w a s
s h o w n t h a t a
p a r t i a l
b a c k f i l l
o f
c r u s h e d -
s t o n e
a g g r e g a t e ,
p r o p e r l y p r o p o r t i o n e d
w i t h
r e s p e c t
t o f i n e , i n t e r m e d i a t e , a n d
c o a r s e
p a r -
t i c l e s i z e s ,
w o u l d
p r o v i d e a d e q u a t e
f o u n -
d a t i o n s t r e n g t h
i m m e d i a t e l y a f t e r i n s t a l l a -
t i o n , a t
m o d e r a t e c o s t . S u c h a f o u n d a t i o n
w a s f o u n d
t o b e a d e q u a t e t o d e v e l o p t h e
f u l l
s t r e n g t h o f a n X - b r a c e d H - f r a m e s t r u c t u r e ,
w i t h
s m a l l
d e f l e c t i o n
a n d
u p l i f t
m o v e m e n t .
D a t a a r e g i v e n o n l o a d i n g s , d e v e l o p e d
s t r e n g t h s , a n d d e f l e c t i o n s
o f
s t r u c t u r e s
f o r
v a r i o u s f o u n d a t i o n c o n d i t i o n s .
T e s t s w e r e
m a d e i n
r o c k s e t t i n g w i t h d i f f e r e n t d e p t h s ,
a n d
w i t h
b o t h c r u s h e d - s t o n e
a g g r e g a t e
a n d
w e a k
c o n c r e t e
b a c k f i l l .
T h e s e
s h o w e d t h a t
w i t h a
d e p t h i n
r o c k
t w o t h i r d s o f t h a t
n o r -
m a l l y u s e d , e i t h e r
m e t h o d o f b a c k f i l l
d e -
v e l o p s
a d e q u a t e s t r e n g t h f o r H - f r a m e s t r u c -
t u r e s ,
w i t h s u b s t a n t i a l
e c o n o m y .
F i b e r
s t r e n g t h s
w e r e
c a l c u l a t e d
f r o m d a t a
o b -
t a i n e d
f r o m
t h e
p o l e s
b r o k e n d u r i n g
t h e
t e s t s .
T h e
d e v e l o p e d
f i b e r s t r e n g t h s
a v e r -
a g e b e l o w
A m e r i c a n S t a n d a r d s A s s o c i a t i o n
( A S A )
r a t i n g s .
AS
r e s u l t o f
t h e
i n v e s t i g a t i o n
f o l l o w -
i n g t w o c a s e s
o f t r a n s m i s s i o n - l i n e
H - f r a m e
s t r u c t u r e
f a i l u r e
a n d a
l a r g e
n u m b e r o f a b n o r m a l l y
d e f o r m e d
s t r u c -
t u r e s o n
t h e
C o m m o n w e a l t h
E d i s o n
s y s -
t e m d u r i n g t w o s e p a r a t e s t o r m s ,
a c o n -
s i d e r a b l e
n u m b e r
o f p o l e - f o u n d a t i o n
a n d
s t r u c t u r e t e s t s
w e r e
m a d e .
T h i s
p a p e r
w a s u n d e r t a k e n t o p r e s e n t
t h e r e s u l t s o f
t h e s e
t e s t s ,
b e c a u s e
t h e y
i n c l u d e d
f o u n d a -
t i o n a r r a n g e m e n t s
n o t
p r e v i o u s l y
r e -
p o r t e d o n ,
a n d b e c a u s e
t h e y
h a v e
p r o -
v i d e d
d a t a o f a
n a t u r e n o t i n c l u d e d i n
p a p e r s h e r e t o f o r e p u b l i s h e d
o n
t h i s s u b -
j e c t .
H i s t o r i c a l
B a c k g r o u n d
The
f a i l u r e s w e r e b o t h o n t h e
s a m e
l i n e ,
a 1 3 8 - k v w o o d - p o l e H - f r a m e
l i n e
w h i c h
h a d b e e n b u i l t s h o r t l y
a f t e r
W o r l d
War I I , d u r i n g
t h e l a t e
s p r i n g a n d s u m -
m e r .
The
t a n g e n t s t r u c t u r e s o f
t h e
l i n e
w e r e
o r i g i n a l l y b u i l t
w i t h o u t
X -
F .
E . ANDREWS
FELLOW
A I E E
b r a c e s , n o r m a l l y
u s i n g
6 5 - f o o t
c l a s s
2
a n d
3 p o l e s , s e t 8 ' / 2 f e e t d e e p .
T h e b a c k f i l l ,
w h i c h
w a s n a t i v e
s o i l ,
w a s
p o w e r - t a m p e d
a r o u n d
t h e
p o l e s
when
i n s t a l l e d .
T h e
f i r s t
f a i l u r e
o c c u r r e d
d u r i n g
a
g l a z e a n d
w i n d
s t o r m
i n
t h e
w i n t e r
f o l -
l o w i n g
l i n e
c o m p l e t i o n ,
i n a
n o r t h - s o u t h
s e c t i o n
c o m p r i s e d
o f
2 7
s t r u c t u r e s .
T w e n t y - f o u r
s t r u c t u r e s
f a i l e d a n d
w e r e
f o u n d
f l a t
o n t h e
g r o u n d .
The
w i n d
w a s
f r o m
t h e
e a s t
a n d n o r t h e a s t .
T h e
s t r u c -
t u r e s f e l l t o t h e
w e s t .
Two s t r u c t u r e s
f o u r
s p a n s
s o u t h
f r o m t h e n o r t h
e n d o f
t h e
s e c t i o n a n d o n e s t r u c t u r e
f o u r s p a n s n o r t h
f r o m t h e s o u t h
e n d
o f
t h e
w r e c k e d
s e c t i o n
r e m a i n e d s t a n d i n g ,
b u t
l e a n i n g
t o w a r d t h e
w e s t
a t
a n g l e s
o f
1 8
t o
2 4
d e g r e e s ,
a s
s h o w n
i n F i g .
1 .
T h e
p o l e s
o f
t h e
s t r u c -
t u r e s
w h i c h f a i l e d w e r e
b r o k e n
a t
h e i g h t s
v a r y i n g
f r o m
3
t o
3 0
f e e t a b o v e t h e
g r o u n d . C o n d u c t o r s , s t a t i c
w i r e s ,
a n d
m o s t o f t he s p a r
a r m s
w e r e
i n t a c t
a n d
r e u s a b l e .
A l l o f
t h e
b r o k e n
s t u b s
w e r e
l e a n i n g
w e s t e r l y
w i t h v o i d s b e t w e e n t h e w a l l o f
t h e p o l e
h o l e s
a n d t h e p o l e s ,
s h o w i n g p o l e
movement
a t
t h e
g r o u n d
l i n e
v a r y i n g
f r o m 4
t o
5 4
i n c h e s . The v o i d s b e h i n d
t h e
t h r e e
l e a n i n g
s t r u c t u r e s
i n
t h i s s e c t i o n
i n d i c a t e d g r o u n d l i n e p o l e
m o v e m e n t s o f
f r o m 1 5 t o 2 8 i n c h e s .
A
l a r g e
n u m b e r
o f
s t r u c t u r e s
i n e a c h d i r e c t i o n
b e y o n d
t h e
w r e c k e d s e c t i o n
w e r e
f o u n d
l e a n i n g .
H o w e v e r , a l l
X - b r a c e d
s t r u c t u r e s
u s e d o n
l i g h t l i n e a n g l e s r e m a i n e d
e r e c t w i t h n o
s i g n i f i c a n t m o v e m e n t
a t t h e g r o u n d
l i n e .
W a t e r
s t o o d
a
s h o r t d i s t a n c e
b e l o w t h e
s u r f a c e
i n
t h e
v o i d s
b e h i n d
t h e
p o l e s .
T h e r e w a s n o f r o s t
i n t h e
g r o u n d
t o
k e e p
i t
f i r m a r o u n d t h e
p o l e s .
T h e s o i l
t h r o u g h -
o u t
t h e
l i n e ,
a s
w e l l
a s
i n t h e
a r e a
o f
t h e
f a i l u r e ,
w a s g o o d f a r m l a n d , c o n s i s t i n g
o f
P a p e r 5 4 - 2 1 ,
recommended by t h e AIEE T r a n s -
m i s s i o n an d D i s t r i b u t i o n
Committee an d a p p r o v e d
by
t h e
AI EE Committee
on
T e c h n i c a l O p e r a t i o n s
f o r p r e s e n t a t i o n a t t h e
AI EE
W i n t e r
G e n e r a l
M e e t -
i n g , New Y o r k , N . Y . , J a n u a r y
1 8 - 2 2 ,
1 9 5 4 .
M a n u s c r i p t s u b m i t t e d O c t o b e r
1 9 , 1 9 5 3 ; m a de
a v a i l a b l e
f o r
p r i n t i n g November
1 3 ,
1 9 5 3 .
R .
W.
CASWBLL
an d
F .
E .
ANDREws
a r e w i t h
C o m -
m o n w e a l t h E d i s o n
Company, C h i c a g o ,
1 1 1 .
Th e a u t h o r s
a r e
g r a t e f u l f o r
t h e
a s s i s t a n c e
o f
t h e i r
a s s o c i a t e s , H .
L .
Brown,
1 .
R .
L i e t z k e , an d M. E .
P a d d l e f o r d ,
i n
c o n d u c t i n g
t h e
t e s t s
an d
p r e p a r i n g
t h e d a t a u s e d
i n
t h i s
p a p e r .
o n e t o
t w o
f e e t o f b l a c k d i r t
a t t h e
s u r -
f a c e ,
w i t h
c l a y
b e l o w .
A m i l k t r u c k d r i v e r r e p o r t e d t h a t h e
s a w o n e s t r u c t u r e
f a i l
a n d
i n i t i a t e
f a i l -
u r e s o f a n
a d j a c e n t g r o u p
o f s t r u c t u r e s .
One
p o l e
o f
t h e s t r u c t u r e
b r o k e
f i r s t ,
f o l -
l o w e d
b y
b r e a k a g e
o f t h e s e c o n d p o l e .
He s t a t e d t ha t t he l i n e
w a s
j u m p i n g
a t
t h e t i m e . T h i s was a b o u t
t w o h o u r s
a f t e r
t h e
p e r m a n e n t
o u t a g e
o f
t h e
l i n e
w a s
r e p o r t e d ,
w h i c h w a s
p r e s u m a b l y
d u e
t o f a i l u r e o f
a
d i f f e r e n t s e c t i o n . T h i s r e -
p o r t s u p p o r t s t h e b e l i e f
t h a t c o n d u c t o r
g a l l o p i n g
w a s
a
f a c t o r
i n
t h e f a i l u r e .
O b s e r v a t i o n s
w e r e m a d e
o f t h e i c e f o r -
m a t i o n o n
t h e l i n e
i n
t h e
a r e a
o f
t h e
f a i l u r e .
The
b e s t
e s t i m a t e
o f s u s t a i n e d
w i n d v e l o c i t y
w a s
5 0
m i l e s p e r h o u r .
On
t h e b a s i s
o f
t h e s e o b s e r v a t i o n s ,
t h e d a t a
i n
T a b l e I h a v e
b e e n p r e p a r e d
t o
c o m -
p a r e
t h e c o n d i t i o n s
o f t h i s s t o r m w i t h d e -
s i g n
c o n d i t i o n s .
I t
s e e m s a p p a r e n t
t h a t
t h e
e x t r a o r d i n a r y
l o a d i n g d u e
t o
s t o r m
c o n d i t i o n s ,
t a k e n
i n
t h e u s u a l
s e n s e ,
w o u l d
n o t a c c o u n t f o r t h e f a i l u r e .
On
t h e b a s i s o f t h e a v a i l a b l e i n f o r m a -
t i o n
a s
o u t l i n e d
a b o v e ,
i t w a s
c o n c l u d e d
t ha t t he f a i l u r e w a s d u e t o
t h e i n a b i l i t y
o f t h e
s o i l
t o a d e q u a t e l y
s u p p o r t t h e p o l e s
a n d
h o l d t h e m e r e c t u n d e r
t h e
e x i s t i n g
t r a n s v e r s e
l o a d i n g .
T h i s
p e r m i t t e d
t h e
s t r u c t u r e
t o l e a n .
T h e
r e s u l t i n g
e c c e n t r i c
l o a d i n g d u e
t o
t h e
w e i g h t
o f
t h e i c e c o m -
b i n e d w i t h
p r o b a b l e i m p a c t l o a d i n g d u e
t o g a l l o p i n g
c a u s e d t h e p o l e s
t o b r e a k .
T h e r e f o r e X - b r a c e s w e r e i n s t a l l e d o n
a l l
t a n g e n t s t r u c t u r e s
a s
s o o n a s
p o s s i b l e
a f t e r
t h e
f a i l u r e ,
t o
i m p r o v e
l a t e r a l
s t a -
b i l i t y .
The s e c o n d f a i l u r e
o c c u r r e d
e a r l y
i n
t h e f o l l o w i n g
A p r i l ,
a f t e r
i n s t a l l a t i o n o f
t h e
X - b r a c e s ,
d u r i n g
a t o r n a d o w h i c h
w r e c k e d t h r e e a d j a c e n t
t a n g e n t
s t r u c -
F i g .
1 . S t r u c t u r e s
l e f t s t a n d i n g a f t e r g l a z e
a n d
w i n d
s t o r m
C a s w e l l ,
A n d r e w s - W o o d - P o l e
H - F r a m e f o r T r a n s m i s s i o n L i n e s
F o u n d a t i o n S t a b i l i t y o f W o o d - P o l e
H - F r a m e
S t r u c t u r e s
f o r
T r a n s m i s s i o n L i n e s
A P R I L
1 9 5 4
2 4 5
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 2/11
T a b l e
I .
C o m p a r i s o n
o f
D e s i g n
a n d S t o r m C o n d i t i o n s f o r
J a n u a r y 1 ,
1 9 4 8 , F a i l u r e
D e s i g n C o n d i t i o n s S t o r m C o n d i t i o n s
W in d
v e l o c i t y
.....................................
4 0 m i l e s
p e r
h o u r
. . . . . . . . . . . . . 3
0 m i l e s
p e r
h o u r
P r o j e c t e d w i d t h
o f
r e p r e s e n t a t i v e
c o n d u c t o r
c o a t e d w i t h i c e
..................................
1 . 5 2 i n c h e s .
............
.0
i n c h e s
W i n d
p r e s s u r e
on
c o n d u c t o r , p e r
s q u a r e
f o o t
..........
4 . 0
p o u n d s
. . . . . . I .
6 . 3
p o u n d s
Wi nd
p r e s s u r e
p e r
l i n e a l f o o t o f c o n d u c t o r
.
...........
. 5 1
. . . . 1 I
1 . 3 1
W e i g h t
o f
c o n d u c t o r an d
i c e
p e r
l i n e a l
f o o t
............ 1 . 2 4
1 . 3 6
Transverse f a c t o r o f
s a f e t y
o f
s t r u c t u r e s
..............
4 . 2 * 3 . 4 *
* B a s e d
on
' / 2 - i n c h
r a d i a l
t h i c k n e s s
o f
i c e
an d
4
pound
w i n d .
t u r e s .
0n
a l l
t h r e e ,
t h e
w i n d w a r d
p o l e s
w e r e
l i f t e d o u t
o f t h e
g r o u n d , a n d
a t t w o
l o c a t i o n s
w e r e
b r o k e n
a t
t h e
c r o s s a r m s .
T h e
l e e w a r d
p o l e s w e r e
b r o k e n o f f a t o r
j u s t
a b o v e
t h e
g r o u n d
l i n e .
The
s o i l
w a s
n o r m a l , w i t h
b l a c k
d i r t
n e a r t he s u r f a c e
a n d c l a y
b e l o w ,
s i m i l a r
t o t h a t
a t t h e
f i r s t
f a i l u r e .
I t
w a s
n o t
u n d u l y
w e t .
The a d -
j a c e n t
l i n e
a n d
s t r u c t u r e s
i n
e a c h
d i r e c -
t i o n w e r e
l e f t s t a n d i n g
w i t h o u t d a m a g e ,
b u t many
r e q u i r e d
s t r a i g h t e n i n g .
T h i s f a i l u r e
w a s o b v i o u s l y d u e t o
i n -
s u f f i c i e n t p o l e
f o u n d a t i o n
s t r e n g t h
w h i c h
p e r m i t t e d
t h e
w i n d w a r d
u p l i f t
p o l e
t o
p u l l
o u t
o f
t h e
g r o u n d
a t
a
v a l u e
o f
l o a d -
i n g
c o n s i d e r a b l y
l e s s
t h a n
t he s t r en g t h
o f a f i r m l y
a n c h o r e d
X - b r a c e d
s t r u c t u r e .
C o n s i d e r a t i o n
o f t h e s e two
f a i l u r e s
l e d
t o t h e c o n c l u s i o n
t h a t t h e
d e s i g n
o f
H
-
f r a m e
l i n e s
s h o u l d
b e
i m p r o v e d
t c
m i n i -
m i z e
t r a n s v e r s e
d e f l e c t i o n a n d p r o v i d e
i n c r e a s e d u p l i f t
s t r e n g t h .
The
o b j e c t i v e
w a s
t o
p r o v i d e
a
p o l e f o u n d a t i o n s t r o n g
e n o u g h
t o
l i m i t v e r t i c a l
p o l e
movement
t o
v e r y
l o w
v a l u e s -
a n d
t o
p r o v i d e
m a x i -
m u m
s t r e n g t h
t o
w i t h s t a n d l a t e r a l
e a r t h
p r e s s u r e i m p o s e d
b y
t h e
p o l e s .
T h i s
s e e m e d
n e c e s s a r y
t o
p e r m i t
t h e
i n h e r e n t
s t r e n g t h
o f
t h e
s t r u c t u r e
t o
b e
f u l l y
u t i -
l i z e d .
The
u s e
o f
X
b r a c e s
w a s
r e c o g n i z e d
a s
a n e co n o m i c a l a n d e f f e c t i v e m e a n s o f
m i n i m i z i n g t r a n s v e r s e d e f l e c t i o n , a n d
w a s
a d o p t e d
a s
g e n e r a l p r a c t i c e .
W h i l e
X -
b r a c e s
a r e
e f f e c t i v e i n
r e d u c i n g l a t e r a l
e a r t h
p r e s s u r e ,
t h e y a l s o c a u s e
u p l i f t a n d
d o w n t h r u s t
f o r c e s t o
b e e x e r t e d
b y t h e
s t r u c t u r e
p o l e s .
I t
w a s t h e r e f o r e c o n -
c l u d e d
t h a t
i m p r o v e m e n t s s h o u l d b e
m a d e
i n t h e
d e s i g n
o f t h e p o l e s e t t i n g s o r
f o u n d a t i o n s ,
t o o b t a i n
m o r e a d e q u a t e
u p l i f t s t r e n g t h .
T h i s
i s
l a r g e l y
a
p r o b l e m
o f t h e
b e h a v i o r
o f
s o i l
a n d b a c k f i l l .
A n o t h e r
p h a s e
o f t h e H - f r a m e f o u n d a -
t i o n p r o b l e m
a r o s e
i n
c o n n e c t i o n w i t h
t h e
c o n s t r u c t i o n
o f
a b o u t
1 1
m i l e s
o f
a
new
l i n e
i n
a l o c a t i o n
w h e r e l i m e s t o n e
i s a t
o r
c l o s e t o
t h e
s u r f a c e .
B e c a u s e
s e t t i n g
t h e
p o l e s a t
t h e
u s u a l
d e p t h
i n
r o c k w a s
v e r y
c o s t l y ,
a
t e s t p r o g r a m
w a s u n d e r t a k e n
t o
d e t e r m i n e t h e a d e q u a c y
o f s h a l l o w e r
s e t t i n g s
w i t h
d i f f e r e n t m e t h o d s o f a n -
c h o r i n g
t h e
p o l e s i n
t h e
r o c k .
T h e s e
t e s t s a n d
t h e
r e s u l t s
o b t a i n e d a r e c o v e r e d
i n
t h e
s e c t i o n
R o c k
S e t t i n g .
B e h a v i o r
o f B a c k f i l l
Much o f t h e s o i l i n
t h e
s e c t i o n s
o f
N o r t h e r n
I l l i n o i s
i n
w h i c h t h e
Common-
w e a l t h E d i s o n t r a n s m i s s i o n s y s t e m
o p e r -
a t e s
i s c l a y
o r
h a s h i g h
c l a y
c o n t e n t .
C l a y
s o i l s a r e
e s p e c i a l l y
s e n s i t i v e
t o
r e d u c t i o n
i n s t r e n g t h f r o m a
d i s t u r b a n c e
o f
t h e
s t r u c t u r e
a n d
a r r a n g e m e n t
o f
t h e i r
c o m -
p o n e n t
p a r t i c l e s
a s
o r i g i n a l l y
l a i d
d o w n i n
n a t u r e .
S u c h
d i s t u r b a n c e ,
w h i c h o c c u r s
w i t h
e x c a v a t i n g a n d
b a c k f i l l i n g ,
d e s t r o y s
t h e
n a t i v e
c e m e n t a t i o n
p r e s e n t
i n
t h e
s o i l
b o d y .
T h e
s t r e n g t h
d e v e l o p e d
w i t h
g o o d c o m p a c t i o n
o f b a c k f i l l ,
e v e n
a f t e r
f i n a l
r e c o n s o l i d a t i o n ,
a l w a y s w i l l
b e
l e s s
t h a n
t h e
o r i g i n a l s t r e n g t h .
T h i s
i s
e s -
p e c i a l l y t r u e f o r l o c a t i o n s
w h i e r e
t h e
w a t e r
t a b l e
i s h i g h a n d
w a t e r s t a n d s
i n
t h e
h o l e s
a t t h e t i m e
o f p o l e
s e t t i n g
i n n a t i v e
b a c k f i l l ,
e v e n
t h o u g h
t h e l o c a t i o n w o u l d
n o t b e
c o n s i d e r e d
a s
w e t
g r o u n d .
The
s t r e n g t h
r e d u c t i o n o f
d i s t u r b e d
c l a y s o i l s i s e s p e c i a l l y
c r i t i c a l
w h e n
a s -
s o c i a t e d w i t h
w a t e r ,
w h i c h
h a s
a
l u -
b r i c a t i n g
e f f e c t . T h e d i s t u r b e d
c l a y
i s
l e f t
w i t h
h i g h
v o i d
r a t i o s
a n d
s a t u r a t e s
e a s i l y .
I t
t e n d s t o
h o l d
t h e
g r o u n d
w a t e r
b y c a p i l l a r y
a c t i o n , e s p e c i a l l y
w h e n i t
i s
n o t t o o f a r
b e l o w t h e
s u r f a c e .
T h i s
t e n d s
t o
m i n i m i z e
t h e r e p e t i t i v e
n a t u r a l w e t -
t i n g
a n d
d r y i n g c y c l e s
n e c e s s a r y
f o r
r e -
c o n s o l i d a t i o n .
T h e
d e v e l o p m e n t
o f
g o o d
f o u n d a t i o n
c o n d i t i o n s a r o u n d
p o l e s
i n
c l a y t y p e
s o i l s
m ay
t h u s
b e
g r e a t l y
r e -
t a r d e d ,
l e a v i n g
t h e s t r u c t u r e s
d e f i c i e n t
i n
s t r e n g t h
t o
r e s i s t l a t e r a l
a n d
u p l i f t
f o r c e s .
D u r i n g
t h e l a t e
w i n t e r a n d
e a r l y
s p r i n g ,
i n
t h e f i r s t
y e a r
a f t e r a
l i n e h a s b e e n
e r e c t e d , v e r y
l i t t l e s o i l
r e c o n s o l i d a t i o n
w i l l
h a v e
o c c u r r e d
a n d
t h e
f o u n d a t i o n
s t r e n g t h d e f i c i e n c y
w i l l
t h e n b e o f
g r e a t e s t
c o n c e r n .
T h i s i s
t h e s e a s o n
w h e n
t h e
m o s t s e v e r e
c o m b i n e d
i c e
a n d
w i n d
s t o r m s
a r e
e x p e c t e d .
T h e s e
g e n e r a l
c o n s i d e r a t i o n s ,
t o g e t h e r
w i t h t h e
e x p e r i e n c e
o f
t h e t w o
f a i l u r e s ,
p o i n t e d
t o
t h e
n e e d
f o r
a m e t h o d
o f
b a c k -
f i l l i n g
w h i c h w o u l d p r o v i d e
t h e
n e c e s s a r y
s t r e n g t h
i m m e d i a t e l y
a f t e r
l i n e
e r e c t i o n ,
w i t h o u t
w a i t i n g f o r
o r
d e p e n d i n g
o n
n a t -
u r a l s o i l
r e c o n s o l i d a t i o n .
I t
a l s o
s e e m e d
n e c e s s a r y
t h a t
t h e
m e t h o d
b e e f f e c t i v e
f o r
a n y
t y p e
o f s o i l
i r r e s p e c t i v e
o f
g r o u n d -
w a t e r c o n d i t i o n s .
T h e
u s e o f
w e l l - t a m p e d
c r u s h e d - s t o n e
o r
g r a v e l a g g r e g a t e , p r o p -
e r l y
p r o p o r t i o n e d
a n d
g r a d e d
w i t h
r e -
T a b l e
I I . S i z e
S p e c i f i c a t i o n
f o r
M - 4
A g g r e g a t e
DRY
W ET
H-FRAME S I N G L E
P OL E
L O C A T I O N
L O C A T I O N
S T R U C T U R E S AND
STUBS
F i g .
2 . S o i l c o n d i t i o n s
a t t e s t
s i t e s
B o t t o m
l a y e r s
o f
s t r u c t u r e s
1 t o
4 o f S t r e a t o r
t e s t s h a d w e t s a n d i n a l l
c a s e s ,
except p o l e
1 B
w h i c h
was
d r y .
S t r u c t u r e
3 B
h a d
1
f o o t
o f we t s a n d a t t h e b o t t o m
a n d p o l e 4 B h a d
1
1 / 2
f e e t
o f
w e t
s a n d .
B o t t o m
2 1 / 2
f e e t o f
4 B
was
we t
s a n d
a n d
g r a v e l .
S t r e a t o r
t e s t
s t u b
9
h a d
1
f o o t
a t
t h e b o t t o m
o f
s a n d y - c l a y
l a y e r
w h i c h
was
w e t
1 0 0
1 - i n c h
screen
........
1 . 0 0 0
6 0 t o
90.. 1 / 2 - i n c h
s c r e e n
0 . 5 0 0
4 0 t o
6 0 o .
4
s c r e e n
0.
8 7
25 to
50
o.
8
screen. 0 . 0 9 3 7
2 0
t o
4 0
o .
1 6
screen
. 0 4 6 9
3
t o 1
o .
2 0 0 screen.
0 .
0 0 2 9
C a s w e l l ,
Andrews-Wood-Pole
H-Frame
f o r
T r a n s m i s s i o n L i n e s
W e i g h t ,
P e r
C e n t
T o
Pass
S i z e
o f
M e s h ,
I n c h e s
2 4 6
A P R I L
1
9 0 - 4
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 3/11
s p e c t
t o t h e
c o a r s e a n d f i n e
m a t e r i a l ,
w a s p r o p o s e d
f o r t h i s
p u r p o s e . I t
a p -
p e a r e d
t h a t
a n a g g r e g a t e
u s e d
b y
t h e
I l l i n o i s D i v i s i o n o f
H i g h w a y s f o r r o a d
s u r f a c i n g , known a s
M-4
w o u l d b e
s u i t -
a b l e b a c k f i l l m a t e r i a l . T h e
s p e c i f i c a t i o n
a s
t o
s i z e f o r t h i s m a t e r i a l , w h i c h
m ay
b e
e i t h e r
n a t u r a l g r a v e l
o r
c r u s h e d s t o n e , i s
g i v e n
i n T a b l e
I I .
I n
a d d i t i o n
t o
t h e q u e s t i o n
o f
f o u n d a -
t i o n
s t r e n g t h p r o v i d e d d u r i n g t h e p e r i o d
o f r e c o n s o l i d a t i o n o f b a c k f i l l a r o u n d
t h e
p o l e s ,
t h e r e w a s a l s o t h e
q u e s t i o n
o f
s t r e n g t h
a f t e r t h e
p r e s u m e d
c o m p l e t i o n
o f s u c h
r e c o n s o l i d a t i o n . No i n f o r m a t i o n
o r t e s t
d a t a
w e r e f o u n d o n
t h i s p o i n t , a s
a l l r e p o r t e d t e s t s
w e r e o n s t r u c t u r e s
r e -
c e n t l y
s e t .
I f
t h e
u s e o f a g g r e g a t e
b a c k -
f i l l
w a s f o u n d
t o
b e e f f e c t i v e f o r r e c e n t l y
s e t s t r u c t u r e s ,
i t
w o u l d h a v e
t h e
a d d i -
t i o n a l
m e r i t o f
p r o v i d i n g
i m p r o v e d
f o u n -
d a t i o n s t a b i l i t y w h e r e s o i l c o n d i t i o n s
m i g h t
b e
q u e s t i o n a b l e ,
i r r e s p e c t i v e
o f
t h e
p r o b l e m
o f
r e c o n s o l i d a t i o n o f
b a c k f i l l .
T e s t
P r o g r a m
f o r
S t r u c t u r e S e t t i n g
i n S o i l
I t
w a s
d e c i d e d
t h a t f i e l d
t e s t s s h o u l d
b e
m a d e
t o d e t e r m i n e
t h e
e f f e c t i v e n e s s o f
a g g r e g a t e b a c k f i l l a n d a l s o t o
p r o v i d e
n e e d e d
i n f o r m a t i o n
a n d
d a t a
o n
s t r u c t u r e
b e h a v i o r i n n a t u r a l
s o i l . S u c h a t e s t p r o -
g r a m w a s
i n i t i a t e d ,
s t a r t i n g a s
a
s o m e -
w h a t
s i m p l e
s e t
o f
t e s t s
o f l a t e r a l l o a d i n g
a n d
u p l i f t
o n
s i n g l e p o l e s
a n d
s t u b s .
T h e s e
t e s t s
a r e
r e f e r r e d
t o
a s
t h e
F r a n k -
f o r t
t e s t s .
T h e y
w e r e
s o m e w h a t i n c o n -
c l u s i v e .
A
s e c o n d s e r i e s , r e f e r r e d t o
a s
t h e
S t r e a t o r
t e s t s ,
w a s c a r r i e d
o u t
i n c o n n e c -
t i o n w i t h
t h e
c o n s t r u c t i o n o f a new l i n e
f o r
w h i c h
t h e
i n f o r m a t i o n
w a s n e e d e d
r a t h e r
p r o m p t l y .
T h e s e
t e s t s
w e r e made
w i t h
b o t h
s i n g l e
s t u b s
a n d
f u l l
s c a l e
H -
f r a m e
s t r u c t u r e s ,
a t
a
s i t e
w h e r e s o i l
c o n d i t i o n s w e r e
r e p r e s e n t a t i v e o f
t h o s e
a s s o c i a t e d
w i t h
t h e
new
l i n e ,
b u t c o n -
s i d e r a b l y
d i f f e r e n t f r o m t h e
c l a y - t y p e
w e t -
s o i l c o n d i t i o n s
i n t h e a r e a
o f
t h e t w o
f a i l u r e s .
T h e
t h i r d
s e r i e s
o f
t e s t s ,
r e -
f e r r e d
t o a s
t h e
B r a d l e y t e s t s ,
c o n s i s t e d
o f
f u l l
s c a l e s t r u c t u r e
t e s t s
i n
c l a y
s o i l .
T h e
s o i l c o n d i t i o n s
a t e a c h
o f t h e t hr e e
t e s t
s i t e s
a r e
s h o w n
i n
F i g .
2 . S o i l
d a t a
C o n d i t i o n
w e r e o b t a i n e d f o r
e a c h
h o l e
d u g ,
b u t t h e
d e v i a t i o n f r o m t h e
g e n e r a l d a t a
s h o w n b y
t h e
d i a g r a m s
o f
F i g .
2 i s
n o t
c o n s i d e r e d
s i g n i f i c a n t
i n e v a l u a t i n g r e s u l t s .
S o i l
c l a s s i f i c a t i o n s u s e d i n F i g . 2
c o n f o r m
t o
t e r m i n o l o g y '
common i n
c o n s t r u c t i o n
p r a c t i c e . I t i s b a s e d
o n f i e l d
i n s p e c t i o n
o f
t h e s o i l a s t h e h o l e s
w e r e d u g ,
r a t h e r
t h a n
l a b o r a t o r y a n a l y s i s .
A l l
h o l e s
w e r e
d u g
w i t h
e a r t h - b o r i n g
e q u i p m e n t ,
u s i n g
a
3 6 - i n c h
a u g e r
f o r t h e
F r a n k f o r t a n d S t r e a t o r
t e s t s ,
a n d
a
4 0 -
i n c h a u g e r f o r
t h e B r a d l e y t e s t s .
A l l
b a c k f i l l
w a s
p o w e r t a m p e d . H o w e v e r ,
p o w e r
t a m p i n g o f n a t i v e
s o i l
b a c k f i l l
w h e r e w a t e r w a s
i n
t h e h o l e s
w a s i n e f -
f e c t i v e
a t t he w a t e r
l e v e l .
L o a d i n g
o f H - F r a m e
S t r u c t u r e
w i t h
X - B r a c e s
S t r u c t u r e
f o r c e s
d e v e l o p e d b y
t h e
t h e o r e t i c a l l o a d i n g o f
a n
X - b r a c e d
H -
f r a m e s t r u c t u r e
b u i l t w i t h
6 5 - f o o t c l a s s
1
ASA m i n i m u m - d i m e n s i o n D o u g l a s f i r
p o l e s
a r e
u s e d f o r
c o m p a r i s o n
r e f e r e n c e
i n
p r e s e n t i n g
t h e
t e s t r e s u l t s .
T h e
s t r u c t u r e
u s e d
f o r
t h i s
p u r p o s e , r e p r e s e n t i n g
C o m -
m o n w e a l t h E d i s o n s y s t e m
d e s i g n p r a c -
t i c e
i s s h o w n b y
F i g . 3 .
L o a d i n g
r e s u l t -
i n g f r o m
t h r e e 4 7 7 , 0 0 0 - c i r c u l a r - m i l
s t e e l -
r e i n f o r c e d a l u m i n u m
c a b l e
( A C S R ) c o n -
d u c t o r s
a n d
t w o
1 3 4 , 6 0 0 - c i r c u l a r - m i l
A C -
SR
s t a t i c
w i r e s c o v e r e d
w i t h
1 / 2 - i n c h
r a d i a l
t h i c k n e s s
o f
i c e a n d a
4 - p o u n d
t r a n s v e r s e
w i n d
a c t i n g o n p o l e s
a n d
w i r e s
w i t h
s p a n
l e n g t h
o f
6 0 0
f e e t
i s
a s s u m e d .
F o r c e s
d e v e l o p e d
w i t h
t w i c e
t h i s
w i n d
l o a d i n g ,
c a l c u l a t e d
b y a c c e p t e d m e t h -
o d s 2 ' 3 a r e
t a k e n
a s d e s i g n
l o a d i n T a b l e
I I I .
T h e s e v a l u e s
a r e
b a s e d
o n
p o l e s
o f
minimum
ASA
d i m e n s i o n s ,
a s s u m e d
t o
b e
m a t c h e d a n d
o f
u n i f o r m
t a p e r .
V a r i a -
t i o n
o f
a c t u a l
p o l e
s i z e s
f r o m t h e m i n i -
mum w i l l a f f e c t
t h e
f o r c e s .
S i z e s
l a r g e r
t h a n t h e
m n i n i m u m
w i l l
i n c r e a s e
t h e h o r i -
z o n t a l
l o a d i n g o n l y
s l i g h t l y ,
d u e t o
c h a n g e
i n
w i n d
f o r c e s
o n t h e
p o l e s .
P o l e - s i z e
v a r i a t i o n
w i l l
s u b s t a n t i a l l y
e f f e c t
h e i g h t
o f
t h e
p l a n e
o f c o n t r a f l e x t u r e .
S a m p l e
c a l c u l a t i o n s
b a s e d o n m e a s u r e m e n t s o f
p o l e s u s e d
i n t h e
t e s t
s t r u c t u r e s
s h o w
t h a t
f o r d i m e i l s i o n s f o u n d
i n
p r a c t i c e ,
t h e
C a l c u l a t e d
V a l u e
Equivalent
horizontal load
4 480 pounds
Height
of
application
of
equivalent
load
45.5 feet
Developed
s t r u c t u r e
u p l i f t f o r ce ,
based on
p l a n e
o f c o n t r a f l e x t u r e
or
p o i n t
o f zero
b e n d i n g
moment a t
a
h e i g h t
o f
1 7 . 2
f e e t
[ h o r i z o n t a l
l o a d ) X
( 4 5 . 5 - 1 7 . 2 )
*
d i s -
t a n c e betw een
p o l e s ,
1 5 . 5 f e e t ] . 8
.......................................... 8,180
pounds
C o u n t e r a c t i n g w e i g ht
on one
p o l e ( 1 / 2 w e i g h t
o f
s t r u c t u r e ,
4900
p o u n d s ,
and
1 / 2
weight
ofone
span
of
loaded
wires,
1940
pounds
6 840 pounds
Ground-line
mo me n t,
each
p o l e ( h o r i z o n t a l
load
X
1 7 . 2
.
2 )
.....
....................
38,500
f o o t - p o u n d s
I
i
t
1 5 - 6
-
F i g . 3 .
X - b r a ce d H - f ra m e
s t r u c t u r e
p l a n e
o f
c o n t r a f l e x t u r e w i l l o f t e n b e l o w e r
t h a n
w i t h
ASA
minimum
d i m e n s i o n s .
T h i s
w i l l
h a v e
t h e
e f f e c t o f i n c r e a s i n g
b o t h
t h e
b e n d i n g
m om ent
a t t h e
l o w e r
X - b r a c e a t t a c h m e n t a n d
f o u n d a t i o n
u p -
l i f t v a l u e .
T h e t e s t
r e s t u l t s
a r e
p r e s e n t e d
l a r g e l y
i n
t a b l e s
a n d
c h a r t s
b y
t h e
u s e
o f
d e v e l o p e d
f o r c e s
a n d
r a t i o s
o f
d e v e l o p e d
f o r c e s
t o
d e s i g n f o r c e s .
C o n s i d e r a t i o n
o f
d e v e l o p e d
u p l i f t
f o r c e must
t a k e
i n t o a c c o u n t t h e
w e i g h t
o f
s t r u c t u r e
a n d
w i r e s ,
w h i c h
f o r
a
g i v e n
v e r t i c a l l o a d
p r o v i d e s a m o r e o r
l e s s
c o n s t a n t
f o r c e
c o u n t e r a c t i n g
t h e u p -
l i f t c o m p o n e n t o f
t h e
v a r i a b l e h o r i z o n t a l
s t r u c t u - r e
f o r c e s .
L i k e w i s e ,
t h e
d o w n -
w a r d
f o r c e s a r e
i n c r e a s e d
o n t h e c o m -
p r e s s i o n
p o l e .
S i n g l e
P o l e T e s t s
a n d R e s u l t s
T h e F r a n k f o r t t e s t s
w e r e
p l a n n e d
o n
t h e
b a s i s o f
e v a l u a t i n g
o n l y
r e s i s t a n c e o f
t h e
p o l e
s e t t i n g
t o
l a t e r a l
a n d
u p l i f t .
f o r c e s ,
e a c h
a c t i n g
s e p a r a t e l y .
T h e s e
t e s t s
w e r e
made
o n
s i n g l e p o l e s
a n d s h o r t
s t u b s
h a v i n g
b u t t
s i z e s
c o m p a r a b l e
t o
6 5 -
f o o t
c l a s s
1
p o l e s .
The
p o l e s
w e r e
f i r s t
s u b j e c t e d
t o
h o r i z o n t a l
l o a d i n g a p p l i e d
4 0
f e e t
a b o v e
g r o u n d ,
a n d t h e n
t o
u p l i f t .
The
s t u b s
w e r e
s u b j e c t e d
t o
u p l i f t o n l y .
The
t y p e
o f s o i l w a s
g e n e r a l l y
c o m p a r a b l e
t o t h a t
a t t h e
l o c a t i o n o f
t h e l i n e
f a i l u r e s .
The F r a n k f o r t
t e s t
p o l e s
w e r e
s e t i n
b o t h w e t a n d
d r y
l o c a t i o n s . At
t h e t i m e
o f t h e
t e s t s ,
t h e
p o l e s e t t i n g s
a t t h e
d r y
l o c a t i o n
w e r e
f a i r l y
we t
b e l o w
t h e s u r -
f a c e .
A t t h e
w e t
l o c a t i o n s ,
t h e
p o l e
s e t -
t i n g s
w e r e
e x t r e m e l y
w e t .
T h e F r a n k f o r t
t e s t s
d e n m o n s t r a t e d
t h e
4 C a s w e l l ,
Andrews-Wood-Pole
H-Frame
f o r T r a n s m i s s i o n
L i n e s
T a b l e I l l .
D e s i g n
L o a d
C o n d i t i o n s
A P R I L 1
9 5 4
2 4 7
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 4/11
T a b l e
I V .
R e s u l t s o f
S i n g l e - P o l e
a n d
S t u b T e s t s
i n S o i l
T y p e
o f
S e t t i n g
( F ,
F r a n k f o r t *
T e s t s ;
S,
S t r e a t o r
T e s t s )
P o l e s
Broken
b y
H o r i z o n t a l
Load B e f o r e U p l i f t
T e s t
Ground
L i n e
D e f l e c t i o n
U p l i f t
D e v e l o p e d
a t
2.5X
Design
Load
I n
o f
3 8 , 5 0 0
E q u i v a l e n t
M o ve -
F o o t - P o u n d s , F o r c e ,
D e s i g n m e n t ,
I n c h e s
Poundst
L o a d :
I n c h e s t
S t u b s P u l l e d
D i r e c t l y Ou t
W i t h o u t
P r e v i o u s
H o r i z o n t a l
Load T e s t
U p l i f t D e v e l o p e d
I n
E q u i v a l e n t
F o r c e ,
D e s i g n
Poundst
L o a d t
F r i c t i o n a l
-
R e s i s t a n c e ,
P o u n d s
P e r
Move-
S q u a r e
F o o t o f
m e n t ,
S u r f a c e o f
I n c h e s t
T e s t
P o l e
N a t i v e
S o i l
Dr y F . . . . . . . . 1 2 . 0
. .
2 , 2 2 0
...
1.
§
.7,040
.....
1 . 7
1 / 4
........ 1 9 2
Dr y
.................
S . .
1 6 , 4 0 0 1 1
. 2 . 9
.
1 / 2
........
4 4 8
D r y ,
w i t h
u p l i f t
s h o e .
.............................................................
3 7 , 1 0 0
5 . 4
.
.3/8l
W e t ,
pumped
.............
F . 1 2 . 8
. .
7 , 4 4 0
....
1 . 8
.
.......
3 , 8 8 0
.... 1 . 3
........
0 6
W e t ,
no t
pumped
.............
F
8 . 5
4 , 3 6 0 ....
1 . 4
...... 3 , 9 0 0 1
l
... 1 . 3 . . . . . . . . 1 /
0 6
8 . 5
f e e t C o a r s e
Aggregate¶
Dr y
. . . . . . . . . . . . . F .
0 . 3
.. 2 3 , 2 0 0
....
3 . 7
.
5 1 / 4
W e t , pu mped .............
F .
2
. 1 .
4 , 8 5 0 ...
1 . 4
.
.......
7 , 4 0 0
.......
3 . 0 ........
7 4
W e t ,
no t
pumped .............
F .1.
7 , 1 6 0 ...
1 . 7
........1/...........
1 7 , 3 0 0
6 1 / 2
7 7
8 . 5
f e e t
M -4
A g g r e g a t e
G r a v e l ( G )
o r
C r u s h e d
S t o n e ( CS )
Dr y
( C S )
.............
F
3 , 9 0 0
. . 1 . . . . . . . 1 . . . . .
3 / 4
........ 9 2 3
W e t ,
pumped
( G )
..............
F
. 8
.
1 6 , 9 5 0
....
2 . 9
.
1 2 ' / 2
. . . 1 4 , 7 2 0
.
. . . . . .
.7
1 3 / 4
.
. . . . . . .
4 0 1
W e t ,
n o t
pumped
( G ) ..............
0 . 6
4 , 0 0 0
. . . . . a . 5 . 1
2 5 , 0 0 0
.....
. 9 ......8
........
6 8 0
4
f e e t Driveway
Mix**
an d
4 .5 f e e t N a t i v e
S o i l
Dr y
.S.....
..
3 2 , 3 0 0 1 1
. 4 . 8
. . . . . . ' / 4 1 1
........
8 8 0
Dry.
S
1 , 7 0 0 1 1
. 7
1 / 4 1 1
........
8 6 3
D r y ,
w i t h
p o l e
s t e p s
i n
d r i v e w a y
mi x
S
. 3 5 , 7 0 0 1 . 1
5 . 2 .
2 3 / s
1 1
........
9 7 3
*
Dr y
s e t t i n g s
a t F r a n k f o r t
w e r e w i t h
s o i l
r e l a t i v e l y
d r y
a n d f i r m
when p o l e s
w e r e
s e t ,
b u t
w i t h
w a t e r
a b o u t
1 8
i n c h e s
b e l o w
s u r f a c e a t t i m e
o f
t e s t s .
We t s e t t i n g s
a t
F r a n k f o r t
w e r e i n
f i r m s o i l , w i t h
t h e
u p p e r h a l f
damp,
a n d
w a t e r
i n t h e l o w e r h a l f . At t h e
t i m e
o f
t h e
t e s t s , w a t e r s t o o d
w i t h i n
a b o u t
6
i n c h e s o f
h e
s u r f a c e ,
an d
t h e g r o u n d
wa s v e r y
s o f t . I n t h e
w e t , pu mpe d h o l e s , p o l e s w e r e s e t an d b a c k f i l l
i n s t a l l e d
w i t h o u t a n a p p r e c i a b l e amount
o f
w a t e r
i n t h e h o l e s .
t
Based
on
m a x i m u m
u p l i f t
f o r c e m e a s u r e d
b e f o r e
p u l l o u t .
T h i s
v a l u e
wa s i n
some
c a s e s
s l i g h t l y
e x c e e d e d
by t h e u p l i f t
f o r c e
a t
t i m e
o f p u l l o u t .
V a l u e s
o f u p l i f t
f o r c e
have b e e n a d j u s t e d
i n
p r o p o r t i o n
t o t h e
s u r f a c e
a r e a s
i n
c o n t a c t
w i t h
t h e b a c k f i l l o f t h e t e s t p o l e s , a n d a 6 5- f o o t
c l a s s
1
D o u g l a s
f i r
p o l e ,
r e s p e c t i v e l y .
t Q u o t i e n t
o f
r e s u l t a n t
u p l i f t
d i v i d e d by d e s i g n
u p l i f t .
R e s u l t a n t
u p l i f t
i s
d e v e l o p e d
u p l i f t a d j u s t e d
by a d d i n g
6 , 8 4 0 p o u n d s ,
r e p r e s e n t i n g
t h e d e s i g n w e i g h t o n
on e p o l e .
§
W as
n o t m e a s u r e d
du e
t o
lo w p u l l - o u t
v a l u e .
Upward
m o v e m e n t
i n c r e a s e d
r a p i d l y
f r o m
v a l u e s
s h o w n ,
w i t h
5 t o 1 0
p e r
c e n t i n c r e a s e
i n f o r c e
a s
p o l e p u l l e d
o u t .
¶
C o a r s e
s t o n e
a g g r e g a t e
l a c k e d f i n e an d i n t e r m e d i a t e
s i z e s .
I t r o l l e d o n
p o l e s u rf a c e .
I t d i d n o t
g r i p
p o l e
f i r m l y , a s d i d
a g g r e g a t e w i t h
p r o p er p r o p o r t i o n o f
f i n e an d i n t e r m e d i a t e
s i z e s
o f m a t e r i a l .
**
Driveway-mix
a g g r e g a t e
a t bottom
o f
h o l e .
I t wa s
s i m i l a r t o
M-4 s p e c i f i c a t i o n m a t e r i a l , b u t
wa s
d e f i c i e n t i n
f i n e s .
p o s s i b i l i t i e s
o f
g r a v e l o r
c r u s h e d
s t o n e a g -
g r e g a t e
b a c k f i l l f o r
i m p r o v i n g
f o u n d a t i o n
s t a b i l i t y ,
p a r t i c u l a r l y
f o r
r e c e n t l y
i n -
s t a l l e d
b a c k f i l l i n w e t
s o i l .
H o w e v e r ,
b e -
c a u s e
o f t he v e r y
w e t
c o n d i t i o n s
a n d t h e
u s e
o f
c o a r s e a g g r e g a t e
d e f i c i e n t
i n f i n e
a n d
i n t e r m e d i a t e s i z e s , r e s u l t s
w e r e
n o t
c o n c l u s i v e .
T h e
p o l e s
f i r s t s u b j e c t e d
t o
h o r i z o n t a l
d i s p l a c e m e n t
h a d
s u b s t a n t i a l l y
l e s s
r e s i s t a n c e
t o
u p l i f t t h a n
t h o s e p u l l e d
o u t d i r e c t l y .
The S t r e a t o r t e s t s
i n c l u d e d
f i v e t e s t s
o n s t u b s
s e t
i n
d r y
s o i l s u b j e c t e d
o n l y
t o
u p l i f t
b y
d i r e c t v e r t i c a l
p u l l .
T h e s e
t e s t s
w e r e i n c lu d e d
t o
o v e r c o m e s o m e
o f
t h e
d e f i c i e n c i e s
o f
t h e
F r a n k f o r t
t e s t s
a n d
t o
e x p l o r e
c o r r e l a t i o n
b e t w e e n
d i r e c t
u p -
l i f t
a n d
c o m p l e t e - s t r u c t u r e
t e s t s
u n d e r
c o m p a r a b l e
c o n d i t i o n s .
The
u p l i f t - t e s t
p u l l i n g r i g
w a s s u p -
p o r t e d
o n
h e a v y
t i m b e r
p a d s ,
t h e e d g e s
o f
w h i c h
c a m e w i t h i n
2 f e e t o f
t h e c e n t e r
l i n e o f t h e
s t u b s .
The u p l i f t
s t r e n g t b
o b -
t a i n e d w a s
u n d o u b t e d l y
i n c r e a s e d
s u b -
s t a n t i a l l y b y
t h e p r e s s u r e
e x e r t e d
b y t h e
t e s t i n g
f r a m e
p a d s
o n
t h e
s o i l s u r r o u n d i n g
t h e
s t u b .
T h e
r e s u l t s o f t h e
s i n g l e - p o l e
a n d s t u b
t e s t s
a t
F r a n k f o r t
a n d
S t r e a t o r
a r e
d e -
t a i l e d i n T a b l e
I V .
To f a c i l i t a t e
t h e i r
a p p r a i s a l ,
t h e
m o s t s i g n i f i c a n t
m a x i m u m
u p l i f t
f o r c e s
d e v e l o p e d w i t h
s t u b s
n o t
p r e v i o u s l y
p u l l e d
h o r i z o n t a l l y
a r e
s u m -
m a r i z e d
i n
T a b l e
V , u s i n g
v a l u e s
a d j u s t e d
t o
t h e b a s i s
o f a 6 5 - f o o t
c l a s s 1 f i r
p o l e .
R a t i o s o f
r e s u l t a n t u p l i f t
f o r c e s
t o d e s i g n
u p l i f t
f o r c e
a s
u s e d i n
T a b l e
I V , a r e
a l s o
s h o w n .
I n
g e n e r a l ,
ma ximum
u p l i f t d e v e l o p e d
w i t h
t h e a g g r e g a t e
s e t t i n g s
w a s o f t h e
o r d e r
o f
5 t i m e s
d e s i g n
u p l i f t
a f t e r
a l l o w -
a n c e
f o r
w e i g h t o n t h e
p o l e .
T h i s
c o m -
p a r e d
w i t h a s t r e n g t h
i n
n a t i v e
s o i l d r y
s e t t i n g
a t S t r e a t o r
o f
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S i t e
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Pounds
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U p l i f t
F o r c e
A t F r a n k f o r t
N a t i v e
s o i l , d r y s e t t i n g
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1
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we t
s e t t i n g
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3 .
0*
8 . 5 f e e t
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s t o n e ,
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5 . 0
8 . 5 f e e t
M-4
g r a v e l ,
we t
s e t t i n g
. 2 5 , 0 0 0 .
3 . 9 *
A t S t r e a t o r
N a t i v e
s o i l , d r y s e t t i n g
...............
1 6 , 4 2 0
...................
2 . 9
4 - f o o t
d r i v e w a y
m i x t u r e ,
d r y .......................
3 1 , 7 0 0
. . . .
4 . 7
P o l e
s t e p s
w i t h
4 - f o o t
d r i v e w a y
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. . . . . . . . . . . . . 3 5 , 7 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 . 2 *
U p l i f t
s h o e ,
w i t h
n a t i v e s o i l ,
d r y .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 , 1 0 0
.....................
5 . 4 *
*
I n d i c a t e s
e x c e s s i v e
upward
mo ve me nt
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m a x i m u m
l o a d i s
a p p r o a c h e d .
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H-Frame f o r
T r a n s m i s s i o n
L i n e s
A P R I L 1 9 5 4
4 8
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p o l e - b e a r i n g p l a t e s , a l s o c a l l e d
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s h o e s ,
w i t h
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W h i l e
t h e
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p u l l - o u t
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t i m e s
d e s i g n
l o a d ,
t h e
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i n c r e a s e d
g r a d u -
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s t a r t i n g
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a b o u t
d e s i g n
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s t u b w i t h
4
f e e t
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w i t h
n e g l i g i b l e
u p w a r d
m o v e m e n t ,
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2 . 2 5 t i m e s
d e s i g n
l o a d .
T h i s i n d i c a t e d
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a g g r e g a t e
w a s
s u p e r i o r
t o
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l i f t s h o e .
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I V
i n c l u d e s ,
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m a t t e r
o f
g e n e r a l
i n t e r e s t ,
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c o l u m n
s h o w i n g
t h e
f r i c t i o n a l
r e s i s t a n c e
d e v e l o p e d b y
t h e
s u r -
f a c e
o f
t h e
p o l e
i n
c o n t a c t
w i t h t h e b a c k -
f i l l
a t
t h e
i n d i c a t e d
v a l u e
o f
u p l i f t
f o r c e .
F o r t h e
s e t t i n g s w i t h c o m b i n a t i o n s o f
b a c k f i l l
m a t e r i a l ,
t he v a l u e s r e p r e s e n t
o v e r - a l l
a v e r a g e s .
Wh e n t h e
S t r e a t o r
s t u b s e t
i n n a t i v e
s o i l w a s
p u l l e d ,
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t h e
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d e v e l o p e d
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p o l e .
T h i s
i n d i c a t e d v e r y
l i t t l e
a d h e s i o n b e t w e e n
t h e
b a c k f i l l a n d
t h e
s u r r o u n d i n g
u n d i s t u r b e d
w a l l o f t h e h o l e .
T h e s t u b s
s e t
w i t h
4 -
f e e t o f
c r u s h e d
s t o n e
d e v e l o p e d
c o n e s
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t e n d i n g a s much
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1 8
i n c h e s
b e y o n d t h e
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t h e
a g g r e g a t e b a c k f i l l e f f e c t e d a
b o n d
b e -
t w e e n
t h e p o l e a n d
t h e
s u r r o u n d i n g
s o i l .
H-Frame
S t r u c t u r e T e s t s
T h e
f i v e S t r e a t o r
t e s t s t r u c t u r e s
w e r e
i n s t a l l e d
i n
d r y
w e a t h e r
d u r i n g M a y ,
a n d
t h e t e s t s
w e r e
c o n d u c t e d
i m m e d i a t e l y
t h e r e a f t e r .
T h e
s o i l
w a s
d r y a n d
r e a s o n -
a b l y
f i r m , e x c e p t
f o r a s m a l l
a m o u n t
o f
w e t s o i l
e n c o u n t e r e d
n e a r
t h e
b o t t o m s o f
t h e h o l e s f o r
s t r u c t u r e s
1 , 2 ,
3 ,
a n d
4 .
T h e s o i l
c o n s i s t e d
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s a n d ,
g r a v e l , a n d
c l a y ,
a s
s h o w n
b y F i g . 2 .
T h e f i v e
B r a d l e y
t e s t
s t r u c t u r e s
w e r e
i n s t a l l e d w h e r e t h e
s o i l
c o n d i t i o n s
w e r e
p r a c t i c a l l y
i d e n t i c a l
w i t h
t h o s e a t t h e
l o c a t i o n s
w h e r e t h e
s t r u c t u r e
f a i l u r e s
o c c u r r e d .
T h e s o i l w a s
p r i n c i p a l l y
c l a y ,
a s
s h o w n
b y F i g .
2 .
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s t r u c t u r e s w e r e
e r e c t e d
e a r l y
i n
J a n u a r y i n
w e t
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t h e t i m e o f
d i g g i n g .
T h e
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w o u l d
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w i t h i n
a b o u t 3
f e e t o f t h e
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o v e r n i g h t . T h e
p o l e s
w e r e
p l a c e d
i n t h e
h o l e s a s s o o n a s d u g .
The
b a c k f i l l w a s
i m m e d i a t e l y
p l a c e d
a n d
p o w e r t a m p e d
w h e r e w a t e r d i d
n o t p r e -
v e n t
t h i s . T h e
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b a c k f i l l
a b s o r b e d a l l o f
t h e
w a t e r a t
a
d e p t h o f
a b o u t
1 8
i n c h e s
a n d
t h e
h o l e s
w e r e
d r y
F i g . 4 .
T e s t
s t r u c t u r e s a n d
a r r a n g e m e n t s
f o r l o a d i n g
A
( a b o v e ) .
S t r u c t u r e s a n d
s t u b f o r
s u p p o r t i n g
l i n e
B
( r i g h t ) .
A r r a n g e m e n t o f
d r u m s
R i l l e d
w i t h s t o
v e r t i c a l
l o a d i n g
f o r t h e
r e m a i n d e r o f t h e
b a c k f i l l i n g .
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w a s
f o u n d
t h e a g g r e g a t e
c o m p a c t e d m o r e
f i r m l y
w h e n
t a m p e d
u n d e r
w a t e r t h a n
w h e n d r y .
T h e d e p t h
o f
s e t t i n g
w a s
t h e
s a m e a t b o t h
l o c a t i o n s , 8 . 5 f e e t ,
e x c e p t
f o r t h e
n a t i v e s o i l
s e t t i n g a t
B r a d l e y ,
w h i c h w a s
1 2 f e e t .
The
B r a d l e y t e s t s w e r e made
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M a r c h , a f t e r
a p e r i o d o f
r a i n y
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w i t h
e n o u g h
t i m e
t h e r e a f t e r
f o r t h e
s u r -
f a c e
t o
d r y
s u f f i c i e n t l y
t o
p e r m i t
w o r k a t
t h e s i t e .
T h e
g r o u n d
w a t e r l e v e l
w a s
a b o u t 3 0
i n c h e s b e l o w
t h e
s u r f a c e .
S o i l
c o n d i t i o n s s e e m e d
t o
b e
a b o u t
c o m p a r a b l e
t o t h o s e a t
t h e
t i m e
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s t r u c t u r e f a i l -
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4
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a r r a n g e m e n t s
f o r
t h e
H - f r a m e t e s t s
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m e t h o d o f
s t r u c t u r e
l o a d i n g .
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s t r u c t u r e s
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s t u b ,
s e t t o
p r o v i d e
s u p p o r t f o r t h e
w i n c h l i n e
u s e d f o r
t r a n s v e r s e
l o a d i n g .
T h e w i n c h l i n e w a s
r u n
u p t h r o u g h a
s h e a v e
a t
t h e
b a s e
o f t h e
p o l e
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a n c t h e r
o n e
a t t h e t o p a t t h e
s a m e
l e v e l
a s t h e
p o i n t o f
t r a n s v e r s e
l o a d
a p p l i c a t i o n
o n
t h e
t e s t
s t r u c t u r e .
V e r t i c a l
l o a d i n g ,
a p p r o x i m a t i n g
t h a t
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l o a d e d
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1 / 2 - i n c h
r a d i a l
t h i c k n e s s
o f i c e
o n
t w o
s t a t i c
w i r e s
a n d t h r e e
c o n d u c t o r s , w a s
o b t a i n e d
b y
s u s p e n d i n g
o i l
d r u m s f i l l e d w i t h
c r u s h e d
s t o n e
f r o m
t he c r o s s a r m
o f t h e t e s t
s t r u c -
t u r e . H a l f t h e
t o t a l
w e i g h t w a s
a t t a c h e d
n e a r
e a c h
p o l e .
T h e t r a n s v e r s e l o a d was
a p p l i e d v e r y
s l o w l y
i n
i n c r e m e n t s
o f
a b o u t h a l f
d e s i g n
l o a d .
L o a d
b u i l d u p w a s
s t o p p e d
f o r
r e a d i n g s , w i t h t h e
l o a d
h e l d
b y
t h e
w i n c h ,
f o r
e a c h
i n c r e m e n t .
E a c h
t e s t
w a s
c o n -
t i n u e d
u n t i l
f a i l u r e
o c c u r r e d i n
e i t h e r
t h e
s t r u c t u r e
o r i t s
f o u n d a t i o n .
P u l l i n g w a s
c o n t i n u e d
a f t e r
f a i l u r e
u n t i l
t h e
s t r u c t u r e
f e l l
t o
t h e
g r o u n d .
T h e
f o l l o w i n g
d a t a
w e r e r e c o r d e d
a t e a c h
s t e p :
1 . D y n a m o m e t e r
r e a d i n g s
o f t r a n s v e r s e
l o a d .
2 . T r a n s i t
r e a d i n g s
o f
t h e
v e r t i c a l
m o v e -
m e n t a t
t h e
g r o u n d
l i n e
o f
e a c h
p o l e .
3 .
T r a n s i t r e a d i n g s
o f t h e
f o l l o w i n g
h o r i -
z o n t a l
d e f l e c t i o n s :
A .
U p l i f t p o l e a t g r o u n d
l i n e .
B .
C o m p r e s s i o n
p o l e
a t
g r o u n d
l i n e .
C .
C o m p r e s s i o n
p o l e a t
t h e p l a n e
o f
c o n t r a f l e x u r e .
D .
C o m p r e s s i o n
p o l e
a t
l o w e r
X - b r a c e
a t t a c h m e n t .
E .
C o m p r e s s i o n
p o l e a t u p p e r
X - b r a c e
a t t a c h m e n t .
I t w a s
s u s p e c t e d
t h a t
t h e X - b r a c e s
b e i n g u s e d d i d
n o t
h a v e
s u f f i c i e n t
s t r e n g t h
t o
d e v e l o p t h e e s t i m a t e d
s t r e n g t h o f t h e
p o l e s ,
a b o u t f o u r t i m e s
d e s i g n
l o a d . T h e r e -
f o r e ,
i n
o r d e r
t o
a s s u r e t h a t
t h e
t e s t s
c o u l d b e
c a r r i e d t h r o u g h t o
a p o i n t w h i c h
w o u l d
i m p o s e maximum l o a d
o n
t h e
f o u n d a t i o n ,
t h r e e X - b r a c e s w e r e
u s e d
o n
c e r t a i n o f
t h e
s t r u c t u r e s .
A
s i n g l e s e t o f
X - b r a c e s
w a s
u s e d
o n
t h e
o t h e r s t o
p r o -
v i d e
d a t a
o n
X - b r a c e
s t r e n g t h a n d
c o m -
p a r a t i v e
d a t a
o n s t r u c t u r e
p e r f o r m a n c e .
H-Frame
S t r u c t u r e T e s t
R e s u l t s
R e s u l t s o f t h e
H - f r a m e
s t r u c t u r e t e s t s
a r e
g i v e n
i n T a b l e
V I . T h i s t a b l e
i n -
c l u d e s m o s t
o f
t h e
e s s e n t i a l
i n f o r m a t i o n
r e g a r d i n g
t h e t e s t s ,
s u c h a s
f o u n d a t i o n
a n d
s e t t i n g
d e t a i l s , u p l i f t a n d
d e f l e c t i o n ,
a n d
how t h e
s t r u c t u r e f a i l e d . The
d a t a
m o s t
s i g n i f i c a n t
w i t h
r e s p e c t t o
p e r -
f o r m a n c e
o f
t h e
s t r u c t u r e s
i s
t h a t
o n
C a s w e l l ,
A n d r e w s - W o o d - P o l e
H - F r a m e
f o r T r a n s m i s s i o n
L i n e s
P R I L
1 9 5 4
2 4 9
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 6/11
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8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 7/11
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c o n c r e t e , *
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a g g r e g a t e ............
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2 4 8 , 0 0 0 .
6
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f e e t
c o n c r e t e
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7 , 5 0 0 ............
3 0 0 , 0 0 0
.
7 .4 f e e t c o n c r e t e a l o n e
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6 , 0 0 0
............
2 4 0 , 0 0 0
.
8 .6 f e e t
c o n c r e t e
a l o n e
............
4 , 4 0 0
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1 7 6 , 0 0 0
.
*
C o n c r e t e
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bottom
o f h o l e .
P o l e s t e p s
i r l
p o l e
i n c o n c r e t e
z o n e .
2 5 1
PRIL
1 9 5 4
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 8/11
T a b l e
V I I I . R e s u l t s
o f U p l i f t
T e s t s i n
R o c k
F r i c t i o n a l
A c t u a l
R e s u l t a n t
R e s i s t a n c e ,
Type o f
U p l i f t
U p l i f t A d j u s t e d
U p l i f t
Pounds P e r S q u a r e
S t u b
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F o r c e , Movement,
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E q u i v a l e n t
F o o t
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Pounds*
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D e s i g n
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9 . . . 4 - f o o t
a g g r e g a t e
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2 1 , 6 0 0
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. .
3 . 2
28,000.......
5 / 8
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1 , 4 1 7
1 . . .
4 - f o o t
a g g r e g a t e §
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.
4
9
4 2 , 0 0 0
.
2 7 / 8 1 1
.
6
.
2
.........
, 5 2 0
1 0 . . . .
5 - f o o t
a g g r e g a t e
......
1 8 , 0 0 0
. . . . 1 / 1 6
.............
2 . 9
2 8 , 0 0 0
.
1 / 4
.............
4 . 0
3 8 , 0 0 0
.
1 ¶
.............
5 . 2
.
1 , 6 3 5
2 . . . . 5 - f o o t
a g g r e g a t e * *
......
1 7 , 6 0 0 . . . . .
1 / s
.............
2 . 8
3 8 , 8 0 0 .
1 1 / 8
.
..2............
1 , 6 3 5
1 2 . . .
2 - f o o t
c o n c r e t e t t
......
2 5 , 6 0 0 . . . . .
....
............
3 . 6
2 - f o o t
a g g r e g a t e t t
......
42,800.
1 / 2 1 1
.5.2
...
2 , 1 8 5
4 . . . . 2 - f o o t
c o n c r e t e , t t ,
t
....
1,000
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41 , 8 6 5
2 - f o o t
a g g r e g a t e
1 4 . . . 3 - f o o t
c o n c r e t e
a l o n e t t . . . .
. 3 0 , 4 0 0
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............
4 . 2
4 0 , 0 0 0
/ 1 6 1 1
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2 , 8 3 0
*
F i r s t v a l u e
i s
i n i t i a l r e a d i n g
n e a r s t a r t
o f u p l i f t
m o v e m e n t . L a s t v a l u e
i s r e a d i n g
a t m a x i m u m
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Q u o t i e n t
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r e s u l t a n t
a d j u s t e d u p l i f t d i v i d e d
by d e s i g n u p l i f t .
R e s u l t a n t
a d j u s t e d u p l i f t
i s
a c t u a l u p l i f t
a d j u s t e d
i n p r o p o r t i o n
t o t h e
s u r f a c e
a r e a s
o f
t h e t e s t p o l e s
an d
a
6 5 - f o o t
c l a s s - 1 D o u g l a s f i r
p o l e ,
r e s p e c -
t i v e l y ,
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which i s added
6 8 4 0 pounds
r e p r e s e n t i n g
t h e d e s i g n w e i g h t
on
on e
p o l e .
I
Beyond
t h i s v a l u e s t u b
p u l l e d o u t
w i t h f o r c e
w h i c h
f e l l
o f f t o
8 , 0 0 0
p o u n d s .
§
S t u b
was
s u b j e c t e d
t o
p r e v i o u s
l a t e r a l
m o m e n t
o f
1 8 6 , 0 0 0 f o o t - p o u n d s ,
w i t h
g r o u n d
l i n e d e f l e c t i o n
o f
1 3 / 8
i n c h e s .
i i
T e s t d i s c o n t i n u e d
a t
l im i t o f
t e s t
e q u i p m e n t .
¶
4 0 , 0 0 0 pounds
f o r c e
d e v e l o p e d a t n e x t
r e a d i n g
w i t h
3 / 4
i n c h a d d i t i o n a l u p l i f t ,
i n d i c a t i n g
l i m i t
o f
f o u n -
d a t i o n
s t r e n g t h .
**
S t u b wa s s u b j e c t e d
t o
p r e v i o u s
l a t e r a l
m o m e n t
o f
2 4 0, 0 0 0 f o o t - p o u n d s ,
w i t h
g r o u n d
l i n e
d e f l e c t i o n
o f
9 / 1 6
i n c h .
t t
C o n c r e t e a t bottom
o f h ol e . P o l e
s t e p s
i n
p o l e
i n c o n c r e t e
z o n e .
1
S t u b
wa s
s u b j e c t e d
t o
p r e v i o u s
l a t e r a l m o m e n t
o f
2 5 6 , 0 0 0
f o o t - p o u n d s ,
w i t h
g r o u n d
l i n e
d e f l e c t i o n
o f
7 / 1 6 i n c h .
o n l y w i t h
g r e a t
d i f f i c u l t y ,
much
a s i f
i t
h a d b e e n s e t
i n c o n c r e t e .
The u p l i f t s h o e
o r
c o n c r e t e
c o l l a r ,
o n
a c c o u n t
o f
t h e u s e
o f n a t i v e
b a c k f i l l ,
w o u l d
b e e x p e c t e d t o
p r o v i d e l e s s s t a b i l i t y
i n
w a t e r - s a t u r a t e d
s o i l b e f o r e
r e c o n s o l i d a -
t i o n
t h a n i n d i c a t e d
b y t h e t e s t s ,
w h i c h
w e r e
m a d e
i n
d r y
s e t t i n g s .
W i t h
t h e s e
a r r a n g e m e n t s ,
t h e
a d v e r s e
e f f e c t s
o f
p u l -
s a t i n g
f o r c e s ,
s u c h
a s m ay
r e s u l t
f r o m
w i n d
g u s t s o r c o n d u c t o r
g a l l o p i n g ,
a r e
e x -
p e c t e d
t o
b e
more
p r o n o u n c e d
t h a n
w i t h
a g g r e g a t e
b a c k f i l l .
S t r e a t o r
s t r u c t u r e s S - 2 A
a n d
S - 5
w e r e
e q u i p p e d
w i t h s i n g l e
H - b r a c e s
h a v i n g
a
c r o s s s e c t i o n
3 3 / 8
b y
5 3 / 8
i n c h e s ,
w i t h
t h e
e n d s s c a r f e d
d o w n t o
3 3 / 8
b y
4 3 / 8
i n c h e s
f o r a t t a c h m e n t
o f
t h e
e n d
f i t t i n g s .
T h e
e n d
f i t t i n g s w e r e
d i s t o r t e d ,
a n d
o n e
b r a c e
f a i l e d
a t
t h e r e d u c e d
e n d . B , r a d l e y
s t r u c -
t u r e s
1
a n d 3
w e r e e q u i p p e d
w i t h 3 3 / 4
b y 5 3 / 4 - i n c h
b r a c e s
h a v i n g
h e a v i e r
e n d
f i t t i n g s
a n d
f u l l
c r o s s s e c t i o n
a t
t h e
e n d s .
T h e s e
p e r f o r m e d
s a t i s f a c t o r i l y
w i t h o u t
u n d u e d i s t o r t i o n
o r b r e a k a g e .
T h e u s e
o f
t h e i m p r o v e d
d e s i g n h a s
b e e n
a d o p t e d
a s
g e n e r a l
p r a c t i c e .
T e s t s w i t h R o c k
S e t t i n g
P o l e
f a i l u r e s o f
s t r u c t u r e s
s e t
w i t h a g -
g r e g a t e
b a c k f i l l
o c c u r r e d
a t h o r i z o n t a l -
t e s t
l o a d
v a l u e s
r a n g i n g
f r o m
1 2 , 4 4 0
t o
2 2 , 4 4 0
p o u n d s ,
w i t h
c o r r e s p o n d i n g
d e s i g n -
l o a d
r a t i o s
f r o m
2 . 8
t o
5 .
U p w a r d
m o v e -
m e n t s
o f
t h e
u p l i f t
p o l e s
a t
f a i l u r e
r a n g e d
f r o m
0 . 2 3
t o
1 . 5
i n c h e s .
T h e s e
v a l u e s
s e e m
r e a s o n a b l y c o n s i s t e n t
w i t h t h o s e
f r o m
t h e s i n g l e - p o l e u p l i f t
t e s t s , a s c a n
b e
s e e n
f r o m
T a b l e
I V , e s p e c i a l l y
i n
v i e w o f
t h e
e x p e c t a n c y
o f a s o m e w h a t
g r e a t e r u p -
l i f t m o v e m ent
w i t h H - f r a m e
s t r u c t u r e s
b e c a u s e
o f t h e c o m b i n a t i o n o f l a t e r a l
a n d
v e r t i c a l movements w h i c h
t e n d
t o
p r o -
d u c e
g r e a t e r
d i s t u r b a n c e
o f t h e s u r r o u n d -
i n g b a c k f i l l .
O t h e r f a c t o r s
a l s o w o u l d
s e e m
t o
a f f e c t
t h e
v a l i d i t y o f
d i r e c t
c o m -
p a r i s o n .
Some
o f
t h e s e
a r e
d i f f e r e n c e s
i n
s o i l ,
d i f f e r e n c e s i n
d e p t h
o f a g g r e g a t e ,
a n d
d e f i c i e n c y
o f f i n e s i z e s
i n
t h e
S t r e a t o r
a g g r e g a t e ,
a s s h o w n b y
s i e v e
a n a l y s i s .
H o w e v e r ,
t h e e f f e c t
o f t h i s d e f i c i e n c y
c a n -
n o t b e i d e n t i f i e d i n
t h e t e s t
d a t a .
V a r i a -
t i o n i n h e i g h t
o f
p l a n e
o f c o n t r a f l e x t u r e
on
a c c o u n t
o f
d i f f e r e n c e s
i n a c t u a l
p o l e
c i r c u m f e r e n c e s ,
a n d
e a r t h
p r e s s u r e
f r o m
t h e
t e s t - f r a m e
p a d s
u s e d f o r d i r e c t u p l i f t
t e s t s ,
a r e
f a c t o r s p r e v i o u s l y
m e n t i o n e d
w h i c h
h a v e a b e a r i n g o n
c o m p a r i s o n s
o f
s t r u c t u r e
a n d d i r e c t u p l i f t
t e s t r e s u l t s .
The
s t r u c t u r e
p o l e s
b r o k e a t
p e r c e n t -
a g e s
o f
A S A - r a t e d
f i b e r s t r e n g t h
r a n g i n g
f r o m
4 8
t o
1 0 9 . P o l e f a i l u r e
a t t h e s e
l o w
v a l u e s
p r e v e n t e d
d e v e l o p m e n t
o f
f o u n d a -
t i o n l o a d s a s h i g h
a s e x p e c t e d .
The
e x c e l l e n t r e s u l t s
o b t a i n e d
w i t h
p r o p e r l y
p r o p o r t i o n e d
M - 4
a g g r e g a t e
m e c h a n i c a l l y
t a m p e d
a r o u n d
t h e l o w e r 5
f e e t o f
p o l e ,
e s p e c i a l l y
w i t h t h e
h i g h
w a t e r
t a b l e
a n d
c l a y
s o i l
a t
B r a d l e y ,
l e d
t o a
d e c i s i o n t o
u s e
t h i s
a s
g e n e r a l
p r a c t i c e .
I t s
c o s t
i n s t a l l e d
i s
l e s s
t h a n
t h a t
o f e i t h e r
t h e
u p l i f t
s h o e ,
o r a c o n c r e t e c o l l a r
o n t h e
p o l e
b u t t w i t h
n a t i v e
s o i l
b a c k f i l l .
The
i n s t a l l e d
c o s t o f
t h e
a g g r e g a t e
i s a b o u t
$ 2 0 . 0 0
p e r
s t r u c t u r e , b a s e d
o n
2
c u b i c
y a r d s ,
a t
a
m a t e r i a l
c o s t o f 3 . 0 0 p e r
c u b i c y a r d .
F o r h o l e s
i n w h i c h t h e r e
i s a n
a p p r e -
c i a b l e
amount
o f w a t e r ,
i t
w a s
d e c i d e d
t o
u s e
f u l l - d e p t h
a g g r e g a t e .
W h i l e
t h e
t e s t s
d i d n o t
s h o w
t h i s
t o
b e
n e c e s s a r y ,
i t
w a s
a d o p t e d
a s a
c o n s e r v a t i v e
p r e c a u t i o n ,
a d d i n g o n l y
a
v e r y
s m a l l
p e r c e n t a g e
t o t h e
t o t a l c o s t
t o
i n s u r e
s a t i s f a c t o r y
i n s t a l l a t i o n
i n
e x t r a o r d i n a r i l y p o o r
s o i l
c o n d i t i o n s ,
w h i c h
m i g h t
n o t
b e
s p e c i f i -
c a l l y r e p o r t e d
f o r
e n g i n e e r i n g
d e c i s i o n .
An
i m p o r t a n t
f a c t o r
i n
t h e
p r e f e r e n c e
f o r
a g g r e g a t e
b a c k f i l l
i s
i t s
s u p e r i o r
p e r -
f o r m a n c e u n d e r
u n f a v o r a b l e s o i l
c o n d i -
t i o n s .
The c e m e n t l i k e a c t i o n o f
t h e a g -
g r e g a t e
m i x t u r e
i s v e r y p r o n o u n c e d .
T h i s
h a s
b e e n
d e m o n s t r a t e d
when
p o l e s
s e t i n
a g g r e g a t e
h a v e b e e n
r e m o v e d . I t
h a s
b e e n
f o u n d t h a t t h e
a g g r e g a t e
f o r m s
a
v e r y
f i r m d e n s e m a s s
b e t w e e n
t h e
p o l e
a n d
t h e
u n d i s t u r b e d
s o i l a r o u n d
t h e
h o l e .
The
a g g r e g a t e
a d h e r e s
t o
t h e
s u r f a c e
o f
t h e
p o l e
a n d
t h e p o l e c a n
b e
p u l l e d
o u t
T h e n o r m a l
s e t t i n g d e p t h
o f 6 5 - f o o t
p o l e s
i n
r o c k w i t h o u t
s o i l
o v e r b u r d e n
i s 6
f e e t .
T h e t e s t s i n
r o c k
w e r e
m a d e
w i t h
s e t t i n g s
o f
3 , 4 , 5 ,
a n d
6 f e e t
w i t h
p o l e s
s u b j e c t e d
t o
b o t h l a t e r a l
l o a d i n g
a n d
u p -
l i f t ,
a n d
w i t h
s t u b s
s u b j e c t e d
t o
u p l i f t
o n l y .
T h e t e s t s
w e r e
m a d e
i n
t h e s a m e
way
a s
a t
F r a n k f o r t
a n d S t r e a t o r .
I n
e x c a v a t i n g ,
a n a t t e m p t w a s
made t o k e e p
t h e h o l e s a s
n e a r l y c y l i n d r i c a l
a s
p r a c -
t i c a b l e
w i t h a
minimum
o f
d i f f e r e n c e
b e -
t w e e n t o p
a n d
b o t t o m d i a m e t e r s .
D i a m -
e t e r s w e r e
a p p r o x i m a t e l y
3
f e e t .
Due
t o
t h e c h a r a c t e r o f
t h e l i m e s t o n e ,
t h e
h o l e s
w e r e
f l a r e d
i n
a b o u t t h e
u p p e r
2
f e e t ,
w i t h
r e s u l t i n g
t o p
d i a m e t e r s o f
a b o u t
5 f e e t
i n m o s t c a s e s ,
b u t
w i t h
s o m e
s m a l l e r . W a l l s
w e r e
l e f t
r o u g h .
C e r t a i n
h o l e s w e r e
b a c k f i l l e d
w i t h
1 1 - 4
a g g r e g a t e
a l o n e .
A n o t h e r g r o u p
w a s
b a c k f i l l e d
w i t h
a w e a k
m i x t u r e o f P o r t -
l a n d c e m e n t
a n d
M-4 a g g r e g a t e
i n
a
v o l u m e p r o p o r t i o n o f
9 - t o - 1 .
T h i s
w a s
m i x e d
i n
a
b a t c h - t y p e
m i x e r w i t h
a m i n i -
mum amount
o f w a t e r . T h i s
i s d e s i g -
n a t e d
a s c o n c r e t e .
A
t h i r d
g r o u p
w a s
b a c k f i l l e d
w i t h
c o m b i n a t i o n s
o f c o n c r e t e
i n
t h e
b o t t o m o f
t h e h o l e
a n d
M - 4 a g -
g r e g a t e
a t t h e
t o p .
B o t h a g g r e g a t e a n d
c o n c r e t e
b a c k f i l l w e r e p o w e r t a m p e d .
The
p o l e s
a n d
s t u b s
f o r t h e
r o c k t e s t s
w e r e i n s t a l l e d e a r l y
i n
J a n u a r y a n d
w e r e
t e s t e d d u r i n g
t h e s e c o n d
w e e k t h e r e a f t e r .
D u r i n g
t h i s
p e r i o d ,
t h e
t e m p e r a t u r e
r a n g e d
a r o u n d f r e e z i n g .
I t
i s
b e l i e v e d
C a s w e l l ,
A n d r e w s - W o o d - P o l e
I S - F r a m e
f o r
T r a n s m i s s i o n L i n e s
5 2
A P R I L
1 9 5 4
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 9/11
T a b l e
I X .
D e v e l o p e d S t r e n g t h
o f P o l e s
B r o k e n
P o le S t r e n g t h
F i b e r
P e r - C e n t
P o l e
o r A p p r o x i m a t e
B e n d i n g
Mo m e n t C i r c u m f e r e n c e
S t r e s s ,
A S A - R a t e d
S t r u c t u r e
H e i g h t
o f
a t
B r e a k , a t B r e a k ,
P o u n d s
p e r
F i b e r
Number*
S p e c i e s t
B r e a k , F e e t F o o t - P o u n d s I n c h e s 4 S q u a r e
I n c h
S t r e n g t h i
F - 3
...........
C 2 2
1 9 9 , 0 0 0
.....
5 5 . 3
4 , 4 1 0
......
7 8 . 8
F - 4
...........
2 . 5
..
2 8 3 , 9 0 0
.....
5 1 . 2
. .
7 , 9 6 0 ......
1 4 2 . 0
F - 5
.............
0 . 0
2 1 , 5 0 0
.....
4 0 . 5
6 , 9 4 0
. . . . . .
1 2 4 . 0
F 6.
.C
..........
1 . 5
1 3 8 , 9 0 0
.....
4 9 . 6
4 , 2 7 0
......
7 6 . 2
F - 7
. C
..........
1 4 . 0
6 6 , 5 0 0
.....
3 9 . 9
3,950.
7 0 . 6
F - 8 . .
C
..........
2 . 0
6 8 , 0 0 0
1 . 1
..... 4 , 7 4 0
..
8 4 . 7
F - 9
.............
1 . 8
8 6 , 8 0 0
0 . 5
.....
5 , 4 6 0
..
9 7 . 5
F - 1 0
.
C
..........
1 . 5
6 6 , 0 0 0
8 . 5
......-..5,500.
9 8 . 4
F - 1 1
C
1.2
1 5 8 , 0 0 0
........
5 6 . 0
, 4 2 0
1 . 0
R - 1 .
F
..........
5 . 0
3 , 0 0 0
.....
4 3 . 3
4,350.
5 8 . 8
R - 2 .
F
..........
2 2 . 0
0 8 , 0 0 0
.....
4 2 . 5
, 3 2 0
......
9 5 . 0
R - 3 .
C . . . . . . . . . .
1 3 . 0
5 1 , 2 0 0
.....
4 8 . 7
4 , 9 6 0 . . . . . .
8 8 . 7
R 4. C
..........
4 . 0
3 0 , 4 0 0
.....
6 2 . 0
4 , 8 6 0
. . . .
9
.9
R 5.
F
..........
3 . 0
2 9 , 4 0 0 .....
5 7 . 8
4 , 4 9 0 . . . . .
8 0 . 1
R- 6
5 . 0
6 2 , 5 0 0
4 7 . 8
..... 9 , 1 1 0
...
1 2 3 . 0
R 7.
C 1 5 . 0
4 0 , 0 0 0
4 7 . 6
.....
5
, 2 6 0
...
9 4 . 0
R-8.
C
2 . 0
2 3 , 2 0 0
5 0 . 5
..... 3 , 6 2 0
...
6 4 . 7
B - 1
C 4 0 . 5
.39 700
3 6 . 5
.....
3 , 6 1 0 1 1
...
6 4 . 5
B - 2 C 4 0 . 5
.31 100
3 7 . 0
.....
2 , 6 8 5 1 1
...
4 8 . 0
S 1.
C
5 . 8
1 7 , 0 0 0
4 3 . 5
.....
6 , 0 8 0 1 1 . . .
1 0 8 . 7
B 3.
C
4 0 . 5
3 1 , 0 0 0
....
3 7 . 5
, 6 6 0 1 1
.....
4 7 . 5
B - 4
C 4 0 . 5
4 8 , 5 0 0
....
3 7 . 5
4 , 1 1 0 1 1 . . . . .
7 3 . 3
S4 .
F 0
.........
1 6 1 , 0 0 0
.......
5 0 . 0
.....
4 , 8 7 0..
6 6 . 0
*
F - S i n g l e - p o l e
t e s t s
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F r a n k f o r t
R - S i n g l e - p o l e
t e s t s i n
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S t r e a t o r
B-H-fram e
t e s t s a t B r a d l e y
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F i r
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C e d a r
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C i r c u m f e r e n c e c a l c u l a t e d
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§
Rated f i b e r
s t r e n g t h o f
D o u g l a s
F i r , 7 , 4 0 0
pounds p e r
s q u a r e
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C e d a r ,
5 , 6 0 0
pounds
p e r
s q u a r e
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1 1
B a s e d on c r o s s - s e c t i o n a l
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b o l t
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p e r a t u r e , t h e
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p e r c e n t a g e
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s t r e n g t h b y t h e t i m e t h e t e s t s
w e r e
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T h e
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2 2
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a b o v e
g r o u n d .
D e t a i l s
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t h e u p l i f t
t e s t s
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g i v e n
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t h e s e
t e s t s ,
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s t a r t e d ,
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w a s
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T h e l o a d w a s t h e n
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b y
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movement c o n t i n u e d
w i t h o u t
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c a p a c i t y
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t h e
t e s t
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w a s r e a c h e d
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p r o x i m a t e l y
4 0 , 0 0 0
p o u n d s . F o r t h e
s t u b s
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p u l l e d o u t ,
t h e
maximum
v a l u e s
s h o w n
a r e
l e s s
t h a n
u l t i m a t e
s t r e n g t h .
T h e t e s t s w i t h
4
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f e e t
o f
a g g r e g a t e
p r o d t u c e d
m a x i m u m
u p l i f t s
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t o
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t i m e s
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a n d
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s m a l l
h o r i z o n t a l
g r o u n d
l i n e
d e f l e c t i o n s .
P r e v i o u s
h o r i z o n t a l
l o a d i n g
s e e m e d t o
h a v e l i t t l e
e f f e c t
i n l e s s e n i n g
t h e
u p l i f t
s t r e n g t h .
The
s e t t i n g s i n c o n c r e t e
a n d c o m b i n a -
t i o n s o f
c o n c r e t e
a n d
a g g r e g a t e
h a d v e r y
s m a l l
d e f l e c t i o n s a n d u p l i f t m o v e m e n t s .
U p l i f t
s t r e n g t h s w e r e
h i g h e r t h a n t h e
maximum
a p p l i e d l o a d s . T a b l e V I I I
i n c l u d e s d a t a
o n t h e
a v e r a g e
f r i c t i o n a l
r e -
s i s t a n c e o f t h e p o l e s u r f a c e i n
c o n t a c t w i t h
t h e b a c k f i l l .
B e c a u s e o f t h e l e s s e r
d e p t h s
o f s e t t i n g , t h e s e
v a l u e s a r e
c o n s i d e r a b l y
h i g h e r
t h a n f o r t h e
s e t t i n g s
i n
s o i l .
I n c o m p a r i s o n
w i t h t h e r e s u l t s
o b -
t a i n e d
w i t h e a r t h
s e t t i n g ,
i t
w o u l d s e e m
t h a t a 4 - f o o t r o c k s e t t i n g i n
a g g r e g a t e
s h o u l d
b e a d e q u a t e , H o w e v e r , t e s t
n o .
1
s h o w e d
c o m p a r a t i v e l y
l a r g e
u p w a r d
m o v e m e n t w h e n
t h e
u p p e r
l i m i t o f l o a d
w a s r e a c h e d
a t 6 . 2
t i m e s
d e s i g n
l o a d .
T e s t
n o .
9 r e a c h e d
o n l y 3 . 9 t i m e s
d e s i g n
l o a d .
S i n c e t h e s e
w e r e
t h e
o n l y
t w o
t e s t s
w i t h
4
f e e t
o f a g g r e g a t e , a n d
t h e i r r e s u l t s
s e e m e d s o m e w h a t i n c o n c l u s i v e ,
i t w a s d e -
c i d e d ,
w i t h
r e s p e c t
t o
t h e
l i n e
i n
q u e s t i o n ,
t o
s e t
t h e
p o l e s
i n h o l e s
4
f e e t
d e e p
w i t h
2
f e e t o f
c o n c r e t e
a n d 2 f e e t o f
a g g r e g a t e ,
t h e
c o n c r e t e t o
b e
o f t h e
same
p r o p o r t i o n s
a s u s e d f o r
t h e
t e s t s .
An
i m p o r t a n t
c o n s i d e r a t i o n
i n t h i s
d e -
c i s i o n
was
t h e
t y p e
o f r o c k f o r m a t i o n .
The
u p p e r
1 t o 2 f e e t
were
c o n s i d e r a b l y
s t r a t i f i e d . I t
was
f e l t t h a t t h i s
r o c k w o u l d
t e n d
t o
l o o s e n
w i t h
w e a t h e r i n g ,
a n d
t h a t
t h i s
m i g h t
c a u s e
a r e d u c t i o n
i n
f o u n d a t i o n
s t r e n g t h
i f
p o l e s
were s e t
i n
a g g r e g a t e
a l o n e a t
t h e
4 - f o o t
d e p t h .
T h e 4 - f o o t
s e t t i n g
w i t h c o n c r e t e
a n d
a g g r e g a t e
w as
more e c o n o m i c a l
t h a n a 5 - f o o t
s e t t i n g
w i t h
a g g r e g a t e
o n l y ,
w h i c h w o u l d
p r o b -
a b l y
h a v e b e e n
t h e
n e x t
a l t e r n a t i v e .
P o l e
S t r e n g t h
A l t h o u g h o b t a i n i n g
d a t a
on
p o l e
s t r e n g t h
was
n o t a
p r i m a r y
o b j e c t i v e
o f
t h e s e
t e s t s , s u c h
i n f o r m a t i o n
i s
b e l i e v e d
t o
b e
o f s u f f i c i e n t
g e n e r a l
i n t e r e s t
t o war-
r a n t
b e i n g
i n c l u d e d
i n
t h i s
p a p e r .
T h e
d a t a
o b t a i n e d
on
p o l e s t r e n g t h s
a r e
p r e -
s e n t e d
i n T a b l e
I X .
I t w i l l b e
n o t e d t h a t
s t r e n g t h s
a t t a i n e d
w i t h
t h e
s e v e n t e e n
s i n g l e - p o l e
t e s t s
r a n g e d
b e t w e e n
5 8 . 8
a n d
1 4 2
p e r
c e n t o f
A S A - r a t e d
s t r e n g t h s .
T h e
r a n g e
w i t h
t h e
s i x
H - f r a m e
s t r u c t u r e s w h i c h
p r o v i d e d
p o l e - s t r e n g t h
d a t a
was 4 7 . 5
t o
1 0 8 . 7
p e r
c e n t . No
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o f
t h e
l o w
s t r e n g t h s
was
a p p a r e n t .
The
d e g r e e
o f
m a t c h i n g
o f
s t r e n g t h s
o f
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p o l e s
o f
e a c h
s t r u c t u r e was
i n v e s -
t i g a t e d .
W i t h
on e
e x c e p t i o n ,
S - 4 ,
t h e
p o l e h a v i n g
t h e s m a l l e r
c a l c u l a t e d
r e -
s i s t i n g
m o m e n t a t
t h e
l o c a t i o n
o f t h e
f a i l u r e was
t h e
on e
w h i c h
b r o k e
f i r s t .
The
d i f f e r e n c e s
i n c a l c u l a t e d
r e s i s t i n g
m o m ents
r a n g e d
f r o m 6
t o 2 9
p e r
c e n t .
T h e s e
d i f f e r e n c e s
d i d n o t seem
t o i n -
f l u e n c e
t h e
s t r e n g t h s
o b t a i n e d
i n
r e l a t i o n
t o
ASA
r a t i n g s
i n
a n y
c o n s i s t e n t
m a n -
n e r .
R e f e r e n c e s
1 .
S O I L
M a E C H A N I C S
IN
ENGINEERING
P R A C T I C E
( b o o k ) ,
K a r l
T e r z a g h i ,
R a l p h
B .
P e c k .
J o h n
W i l e y
an d
S o n s , I n c . ,
New
Y o r k ,
N.
Y . ,
1 9 4 8 ,
p .
2 3 .
2 .
S T R E S S E S
IN
FRAMED
STRUCTURES
( b o o k ) ,
G . A .
H o o l ,
W.
S .
K i n n e ,
e d i t o r s - i n - c h i e f .
McGraw-Hill
Book
C o m p a n y ,
New
Y o r k ,
N.
Y . ,
s e c o n d
e d i t i o n , 1 9 4 2 , p .
3 4 5 .
3 .
C a t a l o g u e
N o .
1 1 , H u g h e s
B r o t h e r s ,
I n c . ,
S e w -
a r d ,
N e b . , p .
9 1 .
D i s c u s s i o n
F . E .
W o l o s e w i c k ( S a r g e n t
a n d
L u n d y , E n g i -
neers,
C h i c a g o ,
I l l . ) :
T h i s
i n f o r m a t i v e
paper
i s
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v a l u a b l e
c o n t r i b u t i o n
t o
t h e
s t r u c t u r a l
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t r a n s m i s s i o n - l i n e d e s i g n ,
an d
t h e
t h o r -
o u l g h n e s s
o f t h e i n v e s t i g a t i o n e l i c i t s
c o n f i -
d e n c e i n t h e
e n d r e s u l t s .
Th e
a v a i l a b l e
b o o k s
o n t h i s
s u b j e c t
f a i l t o c o v e r t h i s
p o i n t ,
p o s s i b l y
b e c a u s e o f t h e
d i f f i c u l t y
o f
i s o l a t i n g
a n d
a n a l y z i n g
t h e c o n t r i b u t i n g
v a r i a b l e s .
I n
e f f e c t ,
t h e e x p e r i m e n t a l d a t a p r e s e n t e d
e v a l u a t e s
an
e n g i n e e r i n g
n u m b e r
w h i c h
p e r m i t s
r a t i o n a l i z a t i o n
t o
p r a c t i c a l
d e s i g n .
T h i s i n f o r m a t i o n h a s
a l r e a d y
b e e n
p u t
t o
us e
i n c o n n e c t i o n
w i t h
t h e
d e s i g n
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t r a n s m i s s i o n
l i n e .
The
s u b j e c t
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c u s s e d
w i t h
t h e
a u t h o r s ,
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b a c k -
f i l l
s u g g e s t e d
b y
t h e m
was
s p e c i f i e d
a n d
u s e d
w h e r e v e r t h e
n a t i v e b a c k f i l l
a p p e a r e d
C a s w e l l ,
Andrews-Wood-Pole
H-Frame
f o r
T r a n s m i s s i o n L i n e s
- ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ .
2 5 3
P R I L
1
9 5 4
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 10/11
t o
b e
s u b j e c t
t o q u e s t i o n .
T h i s
w a s u s e d
f o r
a b o u t
2 0 p e r
c e n t
o f t h e s t r u c t u r e s .
B a s e d
o n
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p o s s i b l e
t o h a v e g r e a t e r
a s s u r a n c e
o f
t h e
v a r i o u s
p a t t e r n s o f
s t r u c t u r a l
b e h a v i o r
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t r a n s m i s s i o n
t o w e r s .
I t s h o u l d
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b e
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i n t h e
e x t r e m e c a s e
o f
d e s t r u c t i v e
l o a d i n g s , a
g o o d f o u n d a t i o n
w i l l
d e c r e a s e
t r a n s v e r s e
d e f l e c t i o n s ,
m i n i m i z e
s e c o n d a r y
e f f e c t s
d u e
t o d i s p l a c e m e n t s
o f g r a v i t y
l o a d s ,
i n c r e a s e t h e
c o l u m n a c t i o n ,
a n d a s -
s u r e
g r e a t e r
s t r e n g t h
i n
t h e
p o l e s .
A n o t h e r
p r o c e d u r e
t h a t c o u l d b e
c o n -
s i d e r e d i s
t h e s t a b i l i z a t i o n
o f
e x i s t i n g
w e a k
c l a y f o u n d a t i o n s
by
i n j e c t i n g c h e m i c a l
c e -
m e n t i n g
a g e n t s
u n d e r
p r e s s u r e .
At p r e s -
e n t , t h e
c o s t
o f s u c h
i n j e c t i o n
m e t h o d s
a p -
p e a r
t o
b e
p r o h i b i t i v e .
REFERENCE
1 . 230-KV W O O D- P O L E
TRANSMIssIoN-L1NE
DE -
s I G . N ,
J .
J . T r a i n o r ,
L .
B .
L e V e s c o n t e .
AIEE
r o a n s a c t i o i i s ,
v o l .
7 3 , p t . I I I , 1 9 5 4
( P a p e r
5 4 - 3 5 ) .
T . N .
C o f e r
( C e n t r a l
I l l i n o i s P u b l i c
S e r v i c e
C o m p a n y ) :
Th e wood H - s t r u c t u r e
f a i l u r e s
d e s c r i b e d
i n t h i s p a p e r
a r e o f s p e c i a l
i n t e r e s t
s i n i c e
t h e y
c o n f i r m n o t
o n l y t h e
n e e d
f o r
X - b r a c e s
b u t a l s o
t h e
n e e d
f o r
a d e q u a t e
f o o t i n g
t o
mak e
t h e
X - b r a c e s
e f f e c t i v e .
X - b r a c e s
a r e
n e e d e d o n w o o d - p o l e
H -
s t r u c t u r e
l i n e s
t o l i m i t t r a n s v e r s e
d e f l e c t i o n
a n d i n c r e a s e
s t r u c t u r e
s t r e n g t h .
T h i s
i n -
c r e a s e d
s t a b i l i t y
c a n
o n l y
b e a t t a i n e d
by
r e s t r i c t i n g
t h e v e r t i c a l
move me nt
o f
e i t h e r
p o l e
a n d
t h e r e b y
p r e v e n t i n g
t h e s t r u ct u r e
a s
a
w h o l e f r o m
o v e r t u r n i n g .
S t e e l
t o w e r s
u s e d
f o r t r a n s m i s s i o n - l i n e
s u p p o r t
t r a -
d i t i o n a l l y
r e q u i r e
s u b s t a n t i a l
f o o t i n g s ;
w o o d e n ,
s t r u c t u r e s r e q u i r e
e q u i v a l e n t
f o o t -
i n g s ,
b u t t h i s
n e e d
i s
o f t e n
q u e s t i o n e d
o r
i g n o r e d .
E l e c t r i c - t r a n s m i s s i o n - l i n e
s t r u c t u r e s
a r e
d e s i g n e d
t o
w i t h s t a n d
s p e c i f i e d
w i n d
v e l o c -
i t i e s
a n d
i c e
l o a d s .
T h e s e
a r e
s t e a d y - s t a t e
c o n d i t i o n s ,
a n d a r e
v e r y
d i f f e r e n t
f r o m t h e
a c t u a l
w e a t h e r
c o n d i t i o n s
w h i c h t h e s t r u c -
t u r e s
must
w i t h s t a n d .
S t r o n g
w i n d s
a r e
u s u a l l y
v e r y g u s t y
a n d
m ay
o c c u r
w i t h
o r
w i t h o u t
i c e l o a d i n g
o n
c o n d u c t o r s .
The
r a c k i n g
o f
t h e
s t r u c t u r e
d u e t o
w i n d
g u s t s
l o o s e n s
t h e
p o l e
i n
t h e
e a r t h
a n d
t h e u s u a l
r a i n
w a t e r r u n n i n g
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p o l e
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s t r u c t u r e
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s t r u c -
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t e s t s ,
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t h a t
t h e u p l i f t
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t h e
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p r a c t i c e
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t o
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t h i s p l a n e
a n d
t h e r e b y
i n c r e a s e
t h e u p l i f t
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The
8 , 1 8 0 - p o u n d
f o r c e
c a l c u l a t e d
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c o n d i t i o n s
c o u l d i n c r e a s e
t o a l m o s t t wi ce
t h i s
v a l u e
u n d e r
v e r y
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s t r u c t u r e
c o n -
d i t i o n s .
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s t r u c t u r e
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t h e s t r u c -
t u r e
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p e r t i n e n t .
Th e o r i g i n a l
s h e a r
s t r e n g t h
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c l a y
s o i l
c a n
n e v e r
b e
r e s t o r e d .
B e a r i n g
p o w e r d e f i c i e n c y
o f
c l a y
b a c k f i l l
i s
g r e a t e s t
d u r i n g
t h e f i r s t w i n t e r
a f t e r
c o n -
s t r u c t i o n .
W e t
c l a y
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l i t t l e
f r i c t i o n a l
r e s i s t a n c e .
S o l i d l y
t a m p e d
c r u s h e d
s t o n e
o r n a t u r a l -
g r a v e l b a c k f i l l
i s e f f e c t i v e
i n t r a n s f e r r i n g
h o r i z o n t a l
l o a d s f r o m t h e
p o l e
t o u n d i s -
t u r b e d
e a r t h ,
a n d h a s
a h i g h
c o e f f i c i e n t
o f
f r i c t i o n ,
w h i c h a c t s
t o p r e v e n t
u p l i f t .
R e -
s t r i c t i o n
o f
h o r i z o n t a l
m o v e m e n t
o f
t h e
p o l e s
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t h e
g r o u n d
l i n e r e d u c e s
t h e
l o a d
o n
t h e X - b r a c e s
a n d o n
t h e
p o l e s
a t t h e b o t t o m
b r a c e
a t t a c h m e n t .
Th e c o s t
o f
a
s t o n e
o r g r a v e l
b a c k f i l l
i s
n o t
s o
much
t h e c o s t
o f
t h e m a t e r i a l
a s t h e
c o s t
o f d e l i v e r y
t o
t h e s t r u c t u r e
s i t e .
T w o
y a r d s
o f s t o n e
w o u l d
b e a b o u t
h a l f
a l o a d f o r
a 5 - t o n dump
t r u c k .
W h e n t h e
g r o u n d
i s
h a r d ,
t h i s
w o u l d b e
r e l a t i v e l y
i n e x p e n s i v e ,
b u t
when
t h e
m u d
i s
s o
b a d
t h a t
p o l e s
a n d
m a t e r i a l
h a v e
t o
b e
s n a k e d
i n
w i t h
a
t r a c t o r ,
o r w h e r e r o u g h
t e r r a i n i s
e n c o u n -
t e r e d ,
t h e d e l i v e r y
c o s t m i g h t
b e c o m e
p r o h i b i t i v e .
Many o f
t h e H - s t r u c t u r e
l i n e s
we
b u i l d
a r e
a c r o s s
e x p e n s i v e
f a r m
l a n d w i t h
a
f o o t
o r
s o
o f b l a c k
l o a m
o v e r
t h e
c l a y
s u b s o i l .
W h e n
s t o n e
b a c k f i l l
i s
u s e d ,
d o
t h e
p r o p e r t y
owners
p e r m i t
t h e
2
y a r d s
o f
c l a y
t o b e
s p r e a d
a r o u n d
t h e s t r u c t u r e
o r must
i t b e
l o a d e d
on
a
t r u c k
a n d h a u l e d a w a y ? E x p e r i m e n t s
t o
f i n d
a
l o w - c o s t
s u r f a c e
f o r
s e c o n d a r y h i g h -
ways
h a v e
u s e d
a
r e l a t i v e l y
s m a l l
p r o p o r t i o n
o f p o r t l a n d
cement
m i x e d
w i t h e a r t h .
W o u l d
s u c h
a
p r o c e s s
b e
p r a c t i c a l
t o r e d u c e
t h e
c o s t
o f
a
c r u s h e d - s t o n e
b a c k f i l l ?
The t e s t s
d e s c r i b e d
i n
t h i s
p a p e r
r e s u l t e d
i n a
d e c i s i o n
t o
u s e
2 1 1 - 4
a g g r e g a t e
t o
b a c k -
f i l l
a r o u n d
e a c h
p o l e
t o
a
d e p t h
o f
5
f e e t ,
a n d t o
u s e
n a t i v e
s o i l
f o r
t h e
r e m a i n i n g
3 V / 2
f e e t .
The
c u b i c
y a r d
o f s t o n e
e s t i m a t e d
f o r
e a c h
h o l e w o u l d
i n d i c a t e
t h e u s e
o f
a 3 6 - i n c h
e a r t h - b o r i n g
a u g e r .
W h e r e
p o l e s
a r e t h u s
e m b e d d e d
i n
u n d i s t u r b e d
s o i l ,
t h e
d i a m e t e r
o f t h e
h o l e
h a s
l i t t l e e f f e c t
on
s t a b i l i t y ,
w h e r e a s a s m a l l
i n c r e a s e
i n
d e p t h
p r o d u c e s
a n
e x p o n e n t i a l
i n c r e a s e
i n
s t a b i l i t y .
I t i s
e s t i m a t e d
t h a t
t h e same
v o l u m e
o f s t o n e
c o u l d
b e
u s e d
t o
c o m p l e t e l y
b a c k f i l l
t h e
h o l e
i f a
3 0 - i n c h
a u g e r
c o u l d
b e
u s e d ,
a n d
t h a t
t h e
p o l e
w o u l d
h a v e
a s much
a s f i v e
t i m e s t h e s t a b i l i t y .
W h e n
m e c h a n i c a l
t a m p i n g
i s
u s e d ,
l e s s
s p a c e
i s
n e e d e d a r o u n d
t h e
p o l e
t h a n f o r m e r l y
r e q u i r e d
f o r
h a n d
t a m p i n g .
S t o n e
b a c k f i l l
a r o u n d
a
p o l e
c o u l d a c t
l i k e
p a w l s
on
a
j a c k .
I f
t h e
p o l e
were
p u l l e d
up
an i n c h
o r
s o ,
l o o s e n e d
s t o n e
c o u l d
s l i d e
u n d e r t h e
b u t t
p r e v e n t i n g
t h e
p o l e
f r o m
d r o p p i n g
t o
i t s
o r i g i n a l
p o s i t i o n
a f t e r
t h e
l o a d i s r e l e a s e d . H - s t r u c t u r e s
c a u s e d
t o
l e a n i n t h i s
manner
w o u l d b e d i f f i c u l t
t o
s t r a i g h t e n .
I n v i e w
o f t h e a b o v e
c i r c u m s t a n c e s ,
t h e
u s e o f a r t i f i c i a l
b a c k f i l l i s a v o i d e d
by
t h i s
company
a n d ,
i n s t e a d ,
s t e e l - b e a r i n g
p l a t e s
a r e a t t a c h e d t o
t h e
b u t t s
o f
t h e
p o l e s .
T h e s e b e a r i n g
p l a t e s
h a v e
b e e n e f f e c t i v e
i n
p r e v e n t i n g
u p l i f t ,
a n d i n
a d d i t i o n
r e d u c e
t h e
s t r u c t u r e
g r o u n d
r e s i s t a n c e
a b o u t
o n e
t h i r d . L ow
g r o u n d
r e s i s t a n c e
h a s r e s u l t e d
i n
a l i g h t n i n g
p e r f o r m a n c e
r e c o r d
o f 0 . 1 1
o u t a g e s
p e r 1 0 0
m i l e s p e r y e a r
f o r
t h e 1 3 8 - k v
l i n e s ,
w i t h
s t r u c t u r e s
h a v i n g
p h a s e
s p a c i n g
o f 1 4 . 5
f e e t c o m p a r e d
t o
t h e l a r g e r
1 5 . 5 - f o o t
s t r u c t u r e
c u s t o m a r i l y
u s e d .
The a u t h o r s
o f t h i s p a p e r
s h o u l d
b e c o m -
mended
n o t
o n l y o n
t h e d e s i g n
a n d t e s t
w o r k
a c c o m p l i s h e d ,
b u t
a l s o t h e work
o f p r e p a r -
i n g
a n d
p r e s e n t i n g
t h e r e p o r t
s o
t h a t o t h e r s
m ay b e n e f i t
f r o m t h e i r
e x p e r i e n c e .
0 . D .
E v a n s ( O k l a h o m a
Gas a n d
E l e c t r i c
C o m p a n y ,
O k l a h o m a
C i t y , O k l a . ) :
The
a u t h o r s
o f t h i s
p a p e r
a r e t o
b e
c o m m e n d e d
f o r
p r o v i d i n g
t h e
i n d u s t r y w i t h t h e
r e s u l t s
o f t h e i r
t e s t p r o g r a m
r e l a t i v e
t o
X - b r a c e d
H -
f r a m e
s t r u c t u r e s .
T h i s p a p e r
p r o v i d e s
v a l u a b l e i n f o r m a t i o n
o n
t h e
b e h a v i o r o f
s u c h
s t r u c t u r e s
i n
n a t u r a l s o i l s
a n d w i t h
a g g r e g a t e
b a c k f i l l s
w h e n
s u b j e c t e d
t o
a b n o r m a l
t r a n s -
v e r s e
l o a d s .
Th e O k l a h o m a
G a s a n d
E l e c t r i c
Company
h a s l i k e w i s e
e x p e r i e n c e d
i n s t a n c e s
o f i n s u f f i -
c i e n t
f o u n d a t i o n s t r e n g t h
o f
X - b r a c e d s t r u c -
t u r e s
i n t h e e a r l y
l i f e o f
a l i n e b e f o r e r e -
c o n s o l i d a t i o n
o f
t h e
s o i l .
I n t h i s
c o n n e c -
t i o n ,
i t
i s f e l t t h a t a r e s u m e
o f t h e l a s t
a n d
m o s t
d e s t r u c t i v e i n s t a n c e
e x p e r i e n c e d
b y
t h i s company
m i g h t p r o v e
o f i n t e r e s t .
I n
J u n e
1 9 5 1 ,
a
s t o r m
l e f t 3 7 s t r u c t u r e s
l y i n g
o n
t h e
g r o u n d
o v e r
a
1 0 - m i l e s e c t i o n
o f a 6 6 - k v
H - f r a m e ,
X - b r a c e d
l i n e w i t h
1 0 -
f o o t ,
6 - i n c h p o l e
s p a c i n g .
The w i n d
v e l o c -
i t y
o f
t h e
s t o r m
w a s
c a l c u l a t e d b y
t h e
l o c a l
w e a t h e r
o b s e r v e r
t o
b e
7 5
t o
8 0 m i l e s p er
h o u r ,
a n d
a
3 - i n c h
r a i n
a l l
w a s
r e c o r d e d
i n
1
h o u r .
A t t h e
t i m e o f . t h e s t o r m
t h i s
l i n e
h a d b e e n
i n
s e r v i c e
o n l y
3
m o n t h s .
The
c o n c l u s i o n
o f t h e
g r o u p
o f
e n g i n e e r s
o b s e r v i n g
t h e
l i n e w a s t h a t
t h e w i n d
t e n d e d
t o p i v o t
t h e
c o m p l e t e s t r u c t u r e
a b o u t t h e
b a s e o f
t h e l e e w a r d p o l e
t r a n s v e r s e l y
t o
t h e
l i n e .
T hi s p i vo t i n g
c a u s e d
a n
u p l i f t
c o m -
p o n e n t
o n
t h e
w i n d w a r d
p o l e
w h i c h
p u l l e d
i t f r o m
i t s f o o t i n g .
No
c o n c l u s i o n
w a s
d r a w n
a s
t o
wh y
c e r t a i n s t r u c t u r e s
w e n t
down
a n d
o t h e r s
w e r e l e f t
s t a n d i n g
i n
t h i s
1 0
m i l e
s e c t i o n ;
t h e
l a n d wa s i n t e r m i t t e n t l y
c u l t i v a t e d
a n d i n
p a s t u r e
w i t h
a p p r o x i -
m a t e l y t h e
s a m e
n u m b e r
o f
s t r u c t u r e s
b e i n g
down
i n
b o t h
t y p e s
o f
t e r r a i n .
I t
w a s
t h e
c o n s e n s u s
o f
t h e
g r o u p
i n s p e c t -
i n g t h e
l i n e t h a t t h e
b a c k f i l l
a r o u n d t h e
p o l e s
h a d
n o t
b e e n
p r o p e r l y
r e p l a c e d
o r
t a m p e d .
The
p o l e s
h a d
b e e n
s e t
d u r i n g
a
d r y
p e r i o d
a n i d
o n l y
h a n d
t a m p i n g
h a d
b e e n
e m p l o y e d .
A t
a l m o s t
a l l
s t r u c t u r e s
t h e
e a r t h
b a c k f i l l
( s a n d
l o a m w i t h
s o m e
c l a y )
h a d
s e t t l e d
u n t i l t h e r e
w a s a s p a c e
v a r y i n g
f r o m a
f e w
i n c h e s
t o
3 0
i n c h e s
i n
d e p t h
b e -
l o w t h e
g r o u n d
s u r f a c e .
T h i s w a s
t r u e
f o r
t h e
s t r u c t u r e s r e m a i n i n g
i n
p l a c e
a s
w e l l
a s
f o r
t h o s e
t h a t
w e r e d o w n .
I n s e v e r a l
i n -
s t a n c e s ,
t h e
o p e n
h o l e w h e r e t h e
p o l e
h a d
p u l l e d
o u t
s h o w e d
t h a t
v o i d s
d i d e x i s t
i n
t h e e a r t h
a r o u n d t h e
p o l e .
I t wa s
c o n -
c l u d e d
t h a t t h e i n a d e q u a t e t a m p i n g
r e s u l t e d
i n a
w a t e r
b a s i n b e i n g
f o r m e d
a r o u n d
t h e
p o l e ,
a n d
t h e
h e a v y
r a i n
a n d
l o o s e n e s s
o f
t h e
b a c k f i l l s a n d y
l o a m
ma de
t h e
e a r t h
a r o u n d t h e
p o l e s
s p o n g y .
The
p o l e s
w e r e
a l s o s l i c k
w i t h
c r e o s o t e
w h i c h ,
no
d o u b t ,
l e s s e n e d
t h e
p o l e - t o - e a r t h
s k i n f r i c t i o n .
S t r u c t u r e
s t r e n g t h
c a l c u l a t i o n s
i n d i c a t e d
t h a t
t h e s e
X - b r a c e d
s t r u c t u r e s
s h o u l d
h a v e
b e e n a d e q u a t e
i n
t r a n s v e r s e
s t r e n g t h
t o
w i t h s t a n d
w i n d v e l o c i t i e s o f
u p t o 1 0 0
m i l e s
p e r
h o u r
i n
t h i s
s o i l
u s i n g
a
f r i c t i o n a l
r e s i s t -
a n c e
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7 7 5
p o u n d s
p e r s q u a r e
f o o t
f o r
t h e
C a s w e l l ,
A n d r e w s - J W o o d - P o l e
H I - F r a m e
f o r T r a n s m i s s i o n
L i n e s
A P R I L
1
9 5 4
2 5 4
8/18/2019 Foundation Stability of Wood Pole H Frame Structures
http://slidepdf.com/reader/full/foundation-stability-of-wood-pole-h-frame-structures 11/11
s o i l .
The
C i v i l
E n g i n e e r i n g
H a n d b o o k '
l i s t s a
f r i c t i o n a l
r e s i s t a n c e o f 5 0 0 t o
1 , 0 0 0
p o u n d s
p e r s q u a r e f o o t
f o r t h i s t y p e
s o i l
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T h i s
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w a s r e t a m p e d
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a n i c a l t a m p e r s . I n
t h e r e p o r t s u b m i t t i n g
t h e c a l c u l a t i o n s
a n d
r e c o m m e n d a t i o n i s , i t
w a s
r e c o m m e n d e d t h a t
t e s t s b e c o n d u c t e d
o n
s t r u c t u r e s
s i m i l a r
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s u c h
s t r u c t u r e s ,
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s u b j e c t
p a p e r
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b e e n
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t a m p i n g
s p e c i f i c a t i o n s
a f t e r t h e s t o r m
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j u s t r e l a t e d .
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s p e c i f i c a t i o n s ,
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r e q u i r e t h a t f i e l d
s t o n e s b e u s e d
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b a c k f i l l i n g i n
l o c a t i o n s w h e r e t h e
g r o u n d i s
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a n d
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t h e
s t o n e s
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e a r t h o r s a n d .
T h e s e
s p e c i -
f i c a t i o n s
a l s o r e q u i r e
t h a t
a l l w a t e r
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moved
f r o m h o l e s
b e f o r e t a m p i n g ,
a n d t h a t
f i e l d
s t o n e s b e
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f o r b a c k f i l l u n t i l t h e
w a t e r l e v e l i n
t h e h o l e
h a s
b e e n
p a s s e d .
They
f u r t h e r r e q u i r e
a
d e f i n i t e
t a m p i n g
p r o -
c e d u r e ,
a n d
a n
i n s p e c t i o n
a f t e r t h e f i r s t s e -
v e r e
r a i n
s t o r m . S i n c e
i n i t i a t i n g t h i s
s e t -
t i n g
a n d
t a m p i n g
p r o c e d u r e ,
n o
l o c a t i o n s
h a v e
b e e n
o b s e r v e d
o r
r e p o r t e d w h e r e
t h e
e a r t h
b a c k f i l l
h a s s e t t l e d b e l o w
t h e s u r f a c e o f
t h e
g r o u n d ;
i n
f a c t ,
t h e
e a r t h h a s r e m a i n e d
b a n k e d u p
a t
t h e
b a s e
o f
t h e p o l e
i n a l l c a s e s
o b s e r v e d
b y t h e
w r i t e r .
S i n ce t h e
d e s i g n
l o a d
u s e d
i n
t h e
t e s t s
i n
t h e
s u b j e c t
p a p e r i s t w i c e
t h a t o b t a i n e d
u n d e r
t h e
N a t i o n a l
E l e c t r i c S a f e t y
C o d e
( N E S C )
t r a n s v e r s e l o a d
r e q u i r e m e n t s ,
a n d
s i n c e t h e l i n e
i s
d e s i g n e d
f o r a
s a f e t y
f a c t o r
o f
4 . 2
w i t h
t h e N E S C
r e q u i r e m e n t s , t h e r e
s e e m s t o b e
l i t t l e
t o g a i n
i n u s i n g more
t h a n
e n o u g h
a g g r e g a t e
t o
o b t a i n a
r a t i o
o f
u p l i f t
l o a d t o
d e s i g n l o a d o f
2 . 1 ,
b e c a u s e n a t u r a l
r e c o n s o l i d a t i o n
o f t h e s o i l a n d
a g g r e g a t e
w i l l
m a t e r i a l l y
i n c r e a s e t h e h o l d i n g
p o w e r
o f
t h e
b a c k f i l l .
I t
w o u l d
c e r t a i n l y
b e
i n t e r e s t i n g
t o
h a v e
some
c o m p a r i s o n
t e s t s ,
s i m i l a r
t o t h o s e i n
t h e
p a p e r ,
made a f t e r
r e c o n s o l i d a t i o n
o f t h e
s o i l . I n
s u c h
r e l a t i v e l y g o o d
s o i l s a s
t h o s e
s h o w n
i n
F i g .
2 f o r t h e
H - f r a m e s t r u c t u r e s
a t t h e
S t r e a t o r s i t e ,
t h e
h o l d i n g p o w e r o f
t h e
s o i l
a f t e r
r e c o n s o l i d a t i o n
w o u l d
n o
d o u b t b e
a d e q u a t e ; i n s u c h
c a s e s ,
i t m i g h t
b e
g o o d
e n g i n e e r i n g
t o
a c c e p t t h e r i s k t o o b t a i n
t h e
e c o n o m i c
b e n e f i t
d e r i v e d
t h e r e f r o m . O f
c o u r s e ,
w e a t h e r
d a t a
a n d t h e f r e q u e n c y o f
s t o r m s
o f
s u c h
a d e s t r u c t i v e
i n a t u r e
a s t o
c a u s e f o u n d a t i o n
f a i l u r e f o r
t h e
s o i l
c o n -
c e r n e d
w o u l d h a v e
t o
b e
c o n s i d e r e d .
T hi s p a p e r
w i l l c e r t a i n l y
make m any
e n g i -
n e e r s m o r e
c o g n i z a n t
o f
t h e n e c e s s i t y
o f
p r o p -
e r l y
s e t t i n g a n d
t a m p i n g H - f r a m e X - b r a c e d
s t r u c t u r e s ,
a s
w e l l
a s
p r o v i d i n g
a g g r e g a t e
f o r f o u n d a t i o n
s t a b i l i t y f o r t h o s e s t r u c t u r e s
s e t i n s o i l s
o f l e s s t h a n a d e q u a t e
h o l d i n g
p o w e r . A s
p o i n t e d
o u t i n t h e p a p e r , a f i r m
f o u n d a t i o n i s
r e q u i r e d
i f
t h e
a d v a n t a g e s
g a i n e d b y t h e X - b r a c e
i n s t a l l a t i o n a r e t o b e
f u l l y r e a l i z e d .
REFERENCE
1 .
T H E
CIVIL
ENGINEERING
H ANDBO O K ,
L .
C .
U r q u h a r t , e d i t o r - i n - c h i e f ,
McGraw-Hill B oo k
C o m p a n n y ,
New
Y o r k ,
N.
Y . ,
t h i r d
e d i t i o n , 1 9 5 0 .
R . W. C a s w e l l
a n d F . E . A n d r e w s :
Th e
a u t h o r s a r e
g r a t i f i e d
b y
t h e
i n t e r e s t
t h a t h a s
b e e n
s h o w n i n
t h i s s u b j e c t a n d t h a t
t h e t e s t
d a t a h a s b e e n p u t
t o p r a c t i c a l u s e a s
p o i n t e d
o u t
b y
M r . F . E . W o l o s e w i c k .
The
l i n e s
u s i n g t h e M-4
a g g r e g a t e
b a c k -
f i l l h a v e
b e e n
b u i l t a c r o s s
t h e
same
g e n e r a l
t y p e
o f
f a r m l a n d r e f e r r e d
t o
b y
M r . C o f e r .
We h a v e n o t
e n c o u n t e r e d
a n y
o p p o s i t i o n
f r o m ,
t h e
f a r m e r s t o
t h e
s p r e a d i n g
o f
t h e
c l a y
s o i l
o v e r
t h e l a n d
a d j a c e n t
t o t h e
s t r u c -
t u r e s . I n
g e n e r a l t h e
d e p t h o f
t h e
c l a y a s
s c a t t e r e d
o v e r t h e b l a c k l o a m
a t
a n y
o n e
l o c a t i o n
i s n o t
s u f f i c i e n t
t o
b e
o b j e c t i o n a b l e .
Th e q u e s t i o n
o f u s i n g a
m i x t u r e
o f
c e m e n t
w i t h
e a r t h
w a s r e v i e w e d w i t h
t h e
c e m e n t
a s s o c i a t i o n
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n m a n u f a c t u r e r s
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e q u i p m e n t
f o r
m i x i n g t h e c e m e n t w i t h
e a r t h . I t
a p -
p e a r s
t h a t
f o r
t h i s
m e t h o d
t o
b e
s u c c e s s f u l
i t
i s n e c e s s a r y
t o
t h o r o u g h l y m i x t h e
e a r t h
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o u t s i d e
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t h e
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c o m p a r a t i v e
s t r e n g t h s
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a g g r e g a t e
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m i i i x t u r e s
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s o i l ,
e s p e c i a l l y
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we t
g r o u n d ,
i n
c o n s i d e r a t i o n
o f
t h e
t i m e , e f f o r t ,
a n d
c l o s e c o n t r o l r e -
q u i r e d
f o r t h e
l a t t e r ,
i t d i d
n o t
a p p e a r
p r a c -
t i c a l
t o u s e t h i s m e t h o d .
The
s u g g e s t i o n
was made
t h a t a s m a l l e r
d i a m e t e r h o l e b e
u s e d ,
a n d
w i t h t h e
same
v o l u m e
o f M-4
b a c k f i l l i t w o u l d b e
p o s s i b l e
t o
h a v e a g r e a t e r
d e p t h o f t h e
M - 4 . I t i s
n e c e s s a r y
t ha t t he d i a m e t e r o f t h e
h o l e b e
l a r g e e n o u g h
t o
p e r m i t
t h e h e a d
o f t h e
m e-
c h a n i c a l
t a m p i n g
d e v i c e
t o
b e u s e d
b e t w e e n
t h e f a c e o f t h e
p o l e
a n d
t h e
e d g e
o f
t h e h o l e
a t a l l
p o i n t s .
With
t h e
u s e
o f c l a s s -
1
w e s t e r n r e d c e d a r
p o l e s ,
a n d
t a k i n g
i n t o
a c -
c o u n t some
o v e r s i z e o f t h e
p o l e s
a n d i n a -
b i l i t y
t o
a l w a y s
h a v e t h e
p o l e
i n
t h e
e x a c t
c e n t e r
o f
t h e
h o l e ,
i t
h a s b e e n f o u n d
t h a t
g e n e r a l l y
i t
i s
n e c e s s a r y
t o
u s e
a
3 6 - i n c h
a u g e r .
U p
t o t h e
p r e s e n t t h e r e h a s n o t
b e e n
a n y
e v i d e n c e o f t h e
a g g r e g a t e
w o r k i n g
u n d e r t h e
p o l e .
I n
c o n s i d e r a t i o n o f i t s
t e n d e n c y
t o a d h e r e
t o t h e
p o l e
a n d
t o i t s e l f
i t
a p p e a r s
d o u b t f u l i f
t h e r e
w o u l d
b e
much
t r o u b l e
f r o m
t h i s
s o u r c e .
The
e x p e r i e n c e
o f t h e O k l a h o m a
G a s a n d
E l e c t r i c
Company
w i t h
i n s u f f i c i e n t f o u n -
d a t i o n s t r e n g t h
o f
R - b r a c e d
s t r u c t u r e s
i s
v e r y
i n t e r e s t i n g .
W h i l e
t h e u s e o f f i e l d
s t o n e s w o u l d
p r o b a b l y
b e
v e r y h e l p f u l
i n
i m p r o v i n g
f o u n d a t i o n
s t a b i l i t y ,
t h e y
w o u l d
n o t b e
a s e f f e c t i v e a s
t h e
M - 4 ,
d u e
t o
t h e
a b s e n c e o f
f i n e s
a n d
t h e
s i z i n g
o f
s t o n e i n
t h e
p r o p e r
p r o p o r t i o n s .
A s
0 .
D .
E v a n s
s u g g e s t s , t h e n a t u r a l
r e c o n s o l i d a t i o n o f
t h e s o i l w i l l
m a t e r i a l l y
i m p r o v e
t h e
f o u n d a t i o n
s t a b i l i t y . The
p e r i o d r e qu i r e d f o r r e c o n s o l i d a t i o n
d e p e n d s
o n
many
f a c t o r s
a n d i s
q u i t e i n d e f i n i t e .
Even
a f t e r m a x i m um
r e c o n s o l i d a t i o n ,
f o u n -
d a t i o n
s t r e n g t h
w i t h
n a t i v e s o i l
i s
p r o b a b l y
c o n s i d e r a b l y
l e s s t h a n
w i t h
a g g r e g a t e
b a c k -
f i l l , a n d l e s s t h a n
r e q u i r e d
f o r
d e v e l o p m e n t
o f
t h e
f u l l
s t r e n g t h
o f
a n
X - b r a c e d
s t r u c t u r e .
The
w e i g h t s
t o
b e g i v e n
t o
t h e
b e n e f i t s
o f
t h e a d d e d
s t r e n g t h
d u r i n g t h e
s e v e r a l
y e a r s
p r i o r t o m ax i m u m r e c o n s o l i d a t i o n
a n d
t h e a d d e d p e r m a n e n t
s t r e n g t h must b e
e v a l u a t e d
f o r
e a c h c a s e .
We
h a v e
n o t
made a n y t e s t s
o n s t r u c t u r e s
a f t e r a t i m e
s u f f i c i e n t
f o r r e c o n s o l i d a t i o n o f
t h e b a c k f i l l .
S k i n - E f l e c t
Bars
of
S q u i r r e l - C a g e
R o t o r s
M .
L I W S C H I T Z - G A R I K
FELLOW
A I E E
THE a i m
o f
t h i s p a p e r i s
t o
g i v e
a n
a n a l y t i c a l s o l u t i o n
f o r t h e
s k i n - e f f e c t
i n
t h e
m o s t - u s e d d e e p
b a r s
o f s q u i r -
r e l - c a g e
r o t o r s . The
a n a l y t i c a l
s o l u t i o n s
o f
t h e
t a p e r e d
b a r , s t r a i g h t
b a r ,
a n d
l - b a r
a r e k n o w n .
Th e most
e f f e c t i v e
d e e p
b a r
i s
t h a t
c o m p o s e d o f a t a p e r e d b a r
a n d
a
s t r a i g h t
b a r .
T h e a n a l y t i c a l
s o l u -
t i o n
f o r
t h i s c o m p o s i t e b a r
i s
g i v e n ,
a n d
i t
i s
s h o w n
how t h e
s o l u t i o n s
f o r t h e
o t h e r
b ar - t y p e s c a n
b e
d e r i v e d
f r o m i t .
I n a
s u b s e q u e n t
p a p e r ,
a n o t h e r
m e t h o d
f o r
t h e
d e t e r m i n a t i o n o f
t h e
s k i n - e f f e c t
i n
d e e p
b a r s
w h i c h
i s
b a s e d
o n
s i m p l e
g e o m e t r y
a n d
w h i c h c a n b e
a p p l i e d t o
a l l
s h a p e s o f
b a r s w i l l
b e
d e s c r i b e d .
A - C
R e s i s t a n c e
a n d A-C
I n d u c t a n c e
B AR
COMPOSED
OF
A TA PE R E D
AND
STRAIGHT
BAR
T h i s
b a r , F i g . I ( A ) , h a s t h e
a n a l y t i c a l
s o l u t i o n
g i v e n
i n
A p p e n d i x
I .
W i t h
t h e
n o t a t i o n s o f
F i g .
2 :
b =
w i d t h
o f
s l o t ,
i n c h e s
a
=
w i d t h o f
c o p p e r ,
i n c h e s
h
= h e i g h t
o f
c o p p e r ,
i n c h e s
f
=
f r e q u e n c y o f
t h e
r o t o r c u r r e n t
p
= r e s i s t i v i t y , m i c r o h m s
p e r
i n c h c u b e
( p =
0 . 8 2 5
f o r
c o p p e r
a t
7 5
d e g r e e s
c e n t i -
g r a d e )
a n d
t h e
s u b s c r i p t s
t
a r i d
d
f o r
t h e
t a p e r e d
a n d s t r a i g h t p a r t s
o f
t h e
b a r ,
r e s p e c t i v e l v
- 0 t
1 .
I
7 6 2
a /
f
f
.
d 1 2 4 6
f ( l )
b t
P
b j
p
P a p e r 5 4 - 1 5 ,
recommended by
t h e A I E E R o t a t i n g
M a c h i n e r y Committee
an d a p p r o v e d
by t h e
AIEE
C o mmi t t e e
on T e c h n i c a l
O p e r a t i o n s
f o r
p r e s e n t a -
t i o n a t
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