An insight into the importance of modulus of subgrade reaction in raft foundation design

ABSTRACT: It is a common design approach to model soil-structure interactions using a modulus of subgrade reaction for evaluation of the deformation and stiffness response of raft foundations on soil. Traditionally, design engineers resort to old text books and codes of practice to extract some ball park assumptions on the modulus of subgrade reaction in the realm of geotechnical engineering and foundation engineering. However, the availability of a plethora of recommendations in respective manuals and regulations does not obviate the need for further scrutiny. Ideally, shallow footings are analyzed and designed by adopting a beam on elastic bed assumption. To this end, the stiffness of elastic springs, representing the whole soil deposit, is essential to introduce into the foundation design package. It is believed that the choice of a constant elastic modulus of subgrade reaction might influence the soil-foundation contact pressure estimation in average sense. However, deformation characteristics of underlying soil is an indispensable feature, which cannot be overlooked when embarking on settlement analyses in soil mechanics. Hence, the settlement of shallow foundations should be considered separately by incorporating the stratifications underneath and different mechanical and hydraulic parameters involved. The current study aims to shed more light on the issue by investigating some numerical modelling cases of raft foundation design in order to evaluate the factors affecting the modulus of subgrade reaction, including soil properties, rigidity of footing, and the footing width. A constellation of relationships is elaborated and the impact of some of which on the design is addressed. Finally, in a bid to highlight the role of the modulus of subgrade reaction in total and differential settlement predictions, some settlement analyses are carried out.

RÉSUMÉ: Il s'agit d'une approche de conception courante pour modéliser l'interaction sol-structure en utilisant le module de réaction de la fondation pour évaluer la réponse à la déformation et à la rigidité des fondations du radeau sur le sol. Traditionnellement, les ingénieurs concepteurs ont recours à d'anciens manuels et codes de pratique pour extraire certaines hypothèses de parc à balles sur le module de réaction de la fondation dans le domaine de l'ingénierie géotechnique et de l'ingénierie des fondations. Cependant, la disponibilité d'une pléthore de recommandations dans les manuels et règlements respectifs n'élimine pas la nécessité d'un examen plus approfondi. Idéalement, les semelles peu profondes sont analysées et conçues en adoptant une poutre sur l'hypothèse d'un lit élastique. A cet effet, la rigidité des ressorts élastiques, représentant l'ensemble du dépôt de sol, est essentielle à introduire dans l'ensemble de conception de fondation. On pense que le choix d'un module d'élasticité constant de la réaction de la fondation pourrait influencer l'estimation de la pression de contact sol-fondation au sens moyen. Cependant, les caractéristiques de déformation du sol sous-jacent sont une caractéristique indispensable, qui ne peut être négligée lorsque l'on entreprend des analyses de tassement en mécanique des sols. Par conséquent, le tassement des fondations peu profondes doit être considéré séparément en incorporant la stratification en dessous et les différents paramètres mécaniques et hydrauliques impliqués. L'étude actuelle vise à éclairer davantage la question en examinant certains cas de modélisation numérique de la conception des fondations de radeaux afin d'évaluer les facteurs affectant le module de réaction de la fondation, y compris les propriétés du sol, la rigidité de la semelle, et aussi le largeur de la semelle. Une constellation de relations est élaborée et l'impact de certains sur la conception est abordé. Enfin, afin de mettre en évidence le rôle du module de réaction de la fondation dans les prévisions de tassement total et différentiel, certaines analyses de tassement sont effectuées.