Assessment of pseudo- static methods for the bearing capacity of footings under seismic loading

Die gangige Methode zur Beurteilung der Grundbruchsicherheit von Fundamenten bei seismischer Beanspruchung basiert auf dem Ansatz von pseudo-statischen Beschleunigungskraften, welche die Tragheitskrafte aus dem uberbau und im Boden reprasentieren. Die einzelnen Komponenten der klassischen dreigliedrigen Grundbruchgleichung in der DIN 4017 werden hierfur mit geeigneten Abminderungsfaktoren versehen. Ergebnisse hierzu aus neueren numerischen Studien werden zusammengestellt. Eine Alternative stellen kuppelformige 3-D-Grenzfachen der Tragfahigkeit als Kombinationen von Vertikallast, Horizontallast und Biegemoment dar, die zum Versagen fuhren. Auch die DIN-Gleichung kann in eine solche Grenzflache umgewandelt werden. 3-D-Grenzflachen werden fur den Fall eines rein kohasiven und eines kohasionslosen Bodens verglichen und bewertet. Ein weitverbreitetes FEM-Programm mit einer Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb wird eingesetzt, um den Einfluss der Lastneigung und -exzentrizitat sowie der Tragheitskrafte im Boden fur typische Konfigurationen numerisch zu erfassen. Die Eignung der FEM als robuste Berechnungsmethode wird bestatigt, wobei alle Modellierungsdetails adaquat berucksichtigt werden mussen. Auf den Einfluss des Dilatanzwinkels wird gesondert eingegangen. Es wird gezeigt, dass die erweiterte Grundbruchgleichung fur die praktische Anwendung sehr gut geeignet ist und zudem den Vorteil eines stetigen ubergangs vom statischen zum seismischen Lastfall bietet. Abstract Assessment of pseudo-static methods for the bearing capacity of footings under seismic loading The common method for assessing the bearing capacity of foundations under seismic loading is based on the assumption of pseudo-static acceleration forces which represent the inertial forces from the superstructure and those in the ground. The components of the classic tripartite bearing capacity equation in DIN 4017 are provided with suitable reduction factors for this purpose. Results from recent numerical studies are compiled. An alternative representation is a dome-shaped 3-D bearing strength surface in terms of combinations of vertical load, horizontal load, and bending moment that lead to failure. The equation in the DIN can also be converted into such a surface. 3-D surfaces are compared and evaluated for the case of a purely cohesive and a cohesionless soil. A widely used FEM code with a Mohr-Coulomb constitutive model is then applied to numerically capture for typical configurations the effects of load inclination and eccentricity as well as of the inertial forces in the soil. The suitability of the FEM as a robust calculation means is confirmed, provided that all modelling details are adequately considered. The influence of the dilation angle is discussed separately. It is shown that the extended bearing capacity equation is particularly suitable for the application in design, and also offers the advantage of a steady transition from the static to the seismic loading case.