A dilatancy approach for the bearing capacity of sands

Existing classical solutions commonly used in practice for the bearing capacity of shallow foundations on granular soils predict a linear increase in bearing capacity with footing width and depth of embedment. Historical and recent experimental data have shown this relationship to be non-linear. The practical consequence of this observation is typically an unconservative prediction of bearing capacity. A new solution is proposed which accounts for this observation. This solution relies on empirical dilatancy equations proposed by Bolton (1986) to describe the dependence of the soil’s friction angle on normal stress and the phenomenon of progressive failure. The solution is easily implemented in practice, with the required material properties consisting of the soil’s relative density, constant volume friction angle, dry unit weight and moisture content. Detailed triaxial strength data are not required. The solution is shown to work well for a variety of centrifuge and full-scale foundation experiments on different sands. Les solutions classiques utilisées dans la pratique pour la détermination de la capacité portante des fondations superficielles reposant sur des sols granulaires prévoient un accroissement linéaire de la portance avec la largeur de la fondation et avec la profondeur d’encastrement. Des données expérimentales historiques et récentes ont montré que ces relations ne sont pas linéaires. Les conséquences pratiques de cette constation sont que la portance prévue est alors surestimée. Une nouvelle solution est proposée qui prend en compte ces observations. Elle repose sur les équations empiriques de dilatance proposées par Bolton (1986). Ces relations expriment la dépendance de l’angle de frottement interne avec la contrainte normale ainsi que le phénomène de rupture progressive. La méthode peut facilement être mise en oeuvre dans la pratique, à partir des caractéristiques du sol comprenant la densité relative, l’angle de frottement interne à volume constant, le poids volumique et la teneur en eau. Les résultats complets d’un essai triaxial ne sont pas nécessaires. On montre que cette méthode donne de bons résultats pour une large gamme d’essais de chargement de fondations réalisés sur modèles centrifugés et sur ouvrages en grandeur réelle.