Geotechnical model tests of bearing capacity problems in a centrifuge
Authors: Kimura T. , Kusakabe O. , Saitoh K. 
Published: October 2009

The Paper introduces the centrifuge research activities undertaken by the soil mechanics group at the Tokyo Institute of Technology during the past ten years and focuses on the bearing capacity of shallow foundations in dense sand. A series of experiments was conducted to explain de Beer's scale effect and to investigate the effect of the roughness of the footing base, the anisotropy in dense sand, the embedment of footings and the effect of slopes near footings. Measurements of deformations were attempted during loading tests using an automatic tracking device developed by the group and radiographs were used to detect slip lines. Progressive failure was found to be more marked for wider footings, which is considered to be the main cause of the scale effect; the smaller bearing capacity factors occur for wider footings. It is shown that strong anisotropy in dense sand is also responsible for the scale effect. A smooth footing, made by lubricating the base with a greased membrane, yielded two symmetrical wedges beneath the base and a smaller bearing capacity than that obtained with a rough footing, as theory predicts. A simple expression for predicting the effect of embedment of footings is deduced from the results of the experiments. With respect to the bearing capacity of foundations near slopes, a satisfactory agreement was found between the results of the centrifuge experiments and those of model tests on a prototype scale. Cet article décrit les recherches faites à l'aide des centrifugeuses depuis dix années par le département de mécanique des sols de I'Institut de Technologie de Tokyo et examine plus particulierement la charge portante des fondations superficielles dans du sable dense. Une série d'essais a été effectuée pour expliquer l'effet d'éechelle (de Beer) et aussi pour étudier I'effet de la ruguosité de la base de la semelle, de l'anisotropie du sable dense, de l'encastrement des semelles et I'effet des gradients dans le voisinage des semelles. On a essayé de faire des mesures des déformations à l'aide d'un dispositif automatique de tragage développé par la faculté, en employant des radiographies pour découvrir les lignes de glissement. On a trouvé une rupture progressive plus poussée dans le cas des larges semelles, ce qui doit être la cause principale de l'effet d'échelle; les coefficients de capacité portante les plus faibles correspondent aux semelles les plus larges. On a démontré aussi que l'effet d'échelle est due à une forte anisotropie du sable dense. Un semelle lisse, obtenue en lubrifiant la base avec une membrane graissée, a donné comme résultat deux coins symétriques au-dessous de la base et une charge portante plus faible que celle obtenue avec une semelle rugueuse, comme prévu par la théorie. Des résultats expérimentaux on peut déduire une expression très simple pour prévoir l'effet de l'encastrement des semelles. En ce qui concerne la charge portante de fondations dans le voisinage des gradients on a découvert que les résultats des expériences à la centrifugeuse s'accordaient de façon satisfaisante avec ceux des essais-modèles sur une échelle prototype.