Reliability bearing capacity analysis of footings seated on unreinforced and reinforced granular layers over undrained cohesive soil with spatial variability

ABSTRACT: Strip footings located over cohesive soil deposits are most often constructed with a granular layer between the footing and the foundation soil to aid with construction and to disperse the footing loads over a wider area of the foundation soil surface. This paper investigates the case of a strip footing seated directly on an undrained cohesive clay deposit and the same footing placed on an unreinforced and geosynthetic (geogrid) reinforced granular layer. The comparisons are made using a probabilistic framework and considering the influence of isotropic and anisotropic spatial variability of the clay foundation undrained shear strength and modulus. Probability of failure is defined as the probability that the footing bearing capacity is less than the factored design deterministic value. The numerical modelling uses the random finite element method (RFEM) with random fields generated using the local averaging subdivision method (LAS). The mean values for bearing capacity increase in the order of no granular layer, unreinforced granular layer and reinforced granular layer at each value of spatial correlation length. However, the probability of failure is shown to be greater for the homogenous random soil foundation case (i.e., less safe for design) than for the same foundation soil with spatially isotropic properties.

RÉSUMÉ: Les semelles en bande situées sur des dépôts de sol cohésifs sont le plus souvent construites avec une couche granulaire entre la semelle et le sol de fondation pour faciliter la construction et disperser les charges de semelle sur une plus grande surface de la surface du sol de fondation. Cet article étudie le cas d’une semelle de bande assise directement sur un dépôt d’argile cohésive non drainée et de la même semelle placée sur une couche granulaire non renforcée et renforcée par géogrilles. Les comparaisons sont faites à l’aide d’un cadre probabiliste et en tenant compte de l’influence de la variabilité spatiale isotrope et anisotrope de la résistance et du module de cisaillement non drainés de la fondation en argile. La probabilité de défaillance est définie comme la probabilité que la capacité portante de base soit inférieure à la valeur déterministe de conception factorisée. La modélisation numérique utilise la méthode des éléments finis aléatoires (RFEM) avec des champs aléatoires générés à l’aide de la méthode de subdivision de moyenne locale (LAS). Les valeurs moyennes de la capacité portante augmentent de l’ordre de l’absence de couche granulaire, de couche granulaire non renforcée et de couche granulaire renforcée à chaque valeur de longueur de corrélation spatiale. Cependant, la probabilité de défaillance s’avère plus grande pour le cas homogène de fondation aléatoire du sol (c.-à-d. moins sécuritaire pour la conception) que pour le même sol de fondation ayant des propriétés isotropes spatiales.