Pressure Bulbs | Foundation Engineering - Civil Engineering (CE) PDF Download

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 PRESSURE ISOBARS
Definition
An isobar  i s a  lin e whic h connect s al l point s o f equa l stres s belo w th e groun d surface . I n othe r
words, a n isoba r i s a  stres s contour . W e ma y dra w an y numbe r o f isobar s a s show n i n Fig . 6.1 9 fo r
any give n loa d system . Eac h isoba r represent s a  fractio n o f th e loa d applie d a t th e surface . Sinc e
these isobar s for m close d figure s an d resembl e th e for m o f a  bulb , the y ar e als o terme d bulb  o f
pressure o r simpl y th e pressure bulb.  Normall y isobars  ar e draw n fo r vertical , horizonta l an d shea r
stresses. Th e on e tha t i s mos t importan t i n th e calculatio n o f settlement s o f footing s i s th e vertica l
pressure isobar .
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 PRESSURE ISOBARS
Definition
An isobar  i s a  lin e whic h connect s al l point s o f equa l stres s belo w th e groun d surface . I n othe r
words, a n isoba r i s a  stres s contour . W e ma y dra w an y numbe r o f isobar s a s show n i n Fig . 6.1 9 fo r
any give n loa d system . Eac h isoba r represent s a  fractio n o f th e loa d applie d a t th e surface . Sinc e
these isobar s for m close d figure s an d resembl e th e for m o f a  bulb , the y ar e als o terme d bulb  o f
pressure o r simpl y th e pressure bulb.  Normall y isobars  ar e draw n fo r vertical , horizonta l an d shea r
stresses. Th e on e tha t i s mos t importan t i n th e calculatio n o f settlement s o f footing s i s th e vertica l
pressure isobar .
Lines o f
equal vertica l
pressure o r
isobars
Figure 6.19 Bulb of pressure
Significant Depth
In hi s openin g discussio n o n
settlement o f structure s a t th e
First Internationa l Conferenc e
on Soi l Mechanic s an d
Foundation Engineerin g (hel d i n
1936 a t Harvar d Universit y i n
Cambridge, Mass , USA) ,
Terzaghi stresse d th e
importance o f th e bul b o f
pressure an d it s relationshi p
with th e sea t o f settlement . A s
stated earlie r w e ma y dra w an y
number o f isobar s fo r an y give n
load system , bu t th e on e tha t i s
of practica l significanc e i s th e
one whic h enclose s a  soi l mas s whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t o f th e structure . Th e dept h o f
this stresse d zon e ma y b e terme d a s th e significant depth  D
S
 whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t
of th e structure . Terzagh i recommende d tha t fo r al l practica l purpose s on e ca n tak e a  stress  contour
which represent s 2 0 pe r cen t o f th e foundatio n contac t pressur e q , i.e , equa l t o Q.2q.  Th e dept h o f
such a n isoba r ca n b e take n a s th e significant depth  D
s
 whic h represent s th e sea t o f settlemen t fo r
the foundation . Terzaghi' s recommendatio n wa s base d o n hi s observatio n tha t direc t stresse s ar e
considered o f negligibl e magnitud e whe n the y ar e smalle r tha n 2 0 pe r cen t o f th e intensit y o f th e
applied stres s fro m structura l loading , an d tha t mos t o f th e settlement , approximatel y 8 0 pe r cen t o f
the total , take s plac e a t a  dept h les s tha n D
s
. Th e dept h D
s
 i s approximatel y equa l t o 1. 5 time s th e
width o f squar e o r circula r footing s [Fig . 6.20(a)] .
If severa l loade d footing s ar e space d closel y enough , th e individua l isobar s o f eac h footin g
in questio n woul d combin e an d merg e int o on e larg e isoba r o f the_intensit y a s show n i n
[Fig. 6.20(b)] . Th e combine d significan t dept h D  i s equa l t o abou t 1. 5 B .
a
z
 =  Q.2q
D<=\.5B\ Stresse d zon e
Isobar
(a) Significan t dept h o f stresse d zon e
for singl e footin g
Isobar
Combined stresse d zon e
(b) Effec t o f closel y place d footing s
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 PRESSURE ISOBARS
Definition
An isobar  i s a  lin e whic h connect s al l point s o f equa l stres s belo w th e groun d surface . I n othe r
words, a n isoba r i s a  stres s contour . W e ma y dra w an y numbe r o f isobar s a s show n i n Fig . 6.1 9 fo r
any give n loa d system . Eac h isoba r represent s a  fractio n o f th e loa d applie d a t th e surface . Sinc e
these isobar s for m close d figure s an d resembl e th e for m o f a  bulb , the y ar e als o terme d bulb  o f
pressure o r simpl y th e pressure bulb.  Normall y isobars  ar e draw n fo r vertical , horizonta l an d shea r
stresses. Th e on e tha t i s mos t importan t i n th e calculatio n o f settlement s o f footing s i s th e vertica l
pressure isobar .
Lines o f
equal vertica l
pressure o r
isobars
Figure 6.19 Bulb of pressure
Significant Depth
In hi s openin g discussio n o n
settlement o f structure s a t th e
First Internationa l Conferenc e
on Soi l Mechanic s an d
Foundation Engineerin g (hel d i n
1936 a t Harvar d Universit y i n
Cambridge, Mass , USA) ,
Terzaghi stresse d th e
importance o f th e bul b o f
pressure an d it s relationshi p
with th e sea t o f settlement . A s
stated earlie r w e ma y dra w an y
number o f isobar s fo r an y give n
load system , bu t th e on e tha t i s
of practica l significanc e i s th e
one whic h enclose s a  soi l mas s whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t o f th e structure . Th e dept h o f
this stresse d zon e ma y b e terme d a s th e significant depth  D
S
 whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t
of th e structure . Terzagh i recommende d tha t fo r al l practica l purpose s on e ca n tak e a  stress  contour
which represent s 2 0 pe r cen t o f th e foundatio n contac t pressur e q , i.e , equa l t o Q.2q.  Th e dept h o f
such a n isoba r ca n b e take n a s th e significant depth  D
s
 whic h represent s th e sea t o f settlemen t fo r
the foundation . Terzaghi' s recommendatio n wa s base d o n hi s observatio n tha t direc t stresse s ar e
considered o f negligibl e magnitud e whe n the y ar e smalle r tha n 2 0 pe r cen t o f th e intensit y o f th e
applied stres s fro m structura l loading , an d tha t mos t o f th e settlement , approximatel y 8 0 pe r cen t o f
the total , take s plac e a t a  dept h les s tha n D
s
. Th e dept h D
s
 i s approximatel y equa l t o 1. 5 time s th e
width o f squar e o r circula r footing s [Fig . 6.20(a)] .
If severa l loade d footing s ar e space d closel y enough , th e individua l isobar s o f eac h footin g
in questio n woul d combin e an d merg e int o on e larg e isoba r o f the_intensit y a s show n i n
[Fig. 6.20(b)] . Th e combine d significan t dept h D  i s equa l t o abou t 1. 5 B .
a
z
 =  Q.2q
D<=\.5B\ Stresse d zon e
Isobar
(a) Significan t dept h o f stresse d zon e
for singl e footin g
Isobar
Combined stresse d zon e
(b) Effec t o f closel y place d footing s
Pressure Isobars for Footings
Pressure isobar s o f square , rectangula r an d circula r footing s ma y convenientl y b e use d fo r
determining vertica l pressure , (J
z
, a t an y depth , z , belo w th e bas e o f th e footings . Th e depth s z  fro m
the groun d surface , an d th e distanc e r  (o r jc ) fro m th e cente r o f th e footin g ar e expresse d a s a
function o f th e widt h o f th e footin g B . I n th e cas e o f circula r footin g B  represent s th e diameter .
The followin g pressur e isobar s ar e give n base d o n eithe r Boussines q o r Westergaard' s
equations
1. Boussines q isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.21 .
2. Boussines q isoba r fo r circula r footings , Fig . 6.22 .
3. Westergaar d isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.23 .
B/2=b BI2=b
Continuous
25
Figure 6.21 Pressure isobars based on Boussinesq equation for square and
continuous footings
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 PRESSURE ISOBARS
Definition
An isobar  i s a  lin e whic h connect s al l point s o f equa l stres s belo w th e groun d surface . I n othe r
words, a n isoba r i s a  stres s contour . W e ma y dra w an y numbe r o f isobar s a s show n i n Fig . 6.1 9 fo r
any give n loa d system . Eac h isoba r represent s a  fractio n o f th e loa d applie d a t th e surface . Sinc e
these isobar s for m close d figure s an d resembl e th e for m o f a  bulb , the y ar e als o terme d bulb  o f
pressure o r simpl y th e pressure bulb.  Normall y isobars  ar e draw n fo r vertical , horizonta l an d shea r
stresses. Th e on e tha t i s mos t importan t i n th e calculatio n o f settlement s o f footing s i s th e vertica l
pressure isobar .
Lines o f
equal vertica l
pressure o r
isobars
Figure 6.19 Bulb of pressure
Significant Depth
In hi s openin g discussio n o n
settlement o f structure s a t th e
First Internationa l Conferenc e
on Soi l Mechanic s an d
Foundation Engineerin g (hel d i n
1936 a t Harvar d Universit y i n
Cambridge, Mass , USA) ,
Terzaghi stresse d th e
importance o f th e bul b o f
pressure an d it s relationshi p
with th e sea t o f settlement . A s
stated earlie r w e ma y dra w an y
number o f isobar s fo r an y give n
load system , bu t th e on e tha t i s
of practica l significanc e i s th e
one whic h enclose s a  soi l mas s whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t o f th e structure . Th e dept h o f
this stresse d zon e ma y b e terme d a s th e significant depth  D
S
 whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t
of th e structure . Terzagh i recommende d tha t fo r al l practica l purpose s on e ca n tak e a  stress  contour
which represent s 2 0 pe r cen t o f th e foundatio n contac t pressur e q , i.e , equa l t o Q.2q.  Th e dept h o f
such a n isoba r ca n b e take n a s th e significant depth  D
s
 whic h represent s th e sea t o f settlemen t fo r
the foundation . Terzaghi' s recommendatio n wa s base d o n hi s observatio n tha t direc t stresse s ar e
considered o f negligibl e magnitud e whe n the y ar e smalle r tha n 2 0 pe r cen t o f th e intensit y o f th e
applied stres s fro m structura l loading , an d tha t mos t o f th e settlement , approximatel y 8 0 pe r cen t o f
the total , take s plac e a t a  dept h les s tha n D
s
. Th e dept h D
s
 i s approximatel y equa l t o 1. 5 time s th e
width o f squar e o r circula r footing s [Fig . 6.20(a)] .
If severa l loade d footing s ar e space d closel y enough , th e individua l isobar s o f eac h footin g
in questio n woul d combin e an d merg e int o on e larg e isoba r o f the_intensit y a s show n i n
[Fig. 6.20(b)] . Th e combine d significan t dept h D  i s equa l t o abou t 1. 5 B .
a
z
 =  Q.2q
D<=\.5B\ Stresse d zon e
Isobar
(a) Significan t dept h o f stresse d zon e
for singl e footin g
Isobar
Combined stresse d zon e
(b) Effec t o f closel y place d footing s
Pressure Isobars for Footings
Pressure isobar s o f square , rectangula r an d circula r footing s ma y convenientl y b e use d fo r
determining vertica l pressure , (J
z
, a t an y depth , z , belo w th e bas e o f th e footings . Th e depth s z  fro m
the groun d surface , an d th e distanc e r  (o r jc ) fro m th e cente r o f th e footin g ar e expresse d a s a
function o f th e widt h o f th e footin g B . I n th e cas e o f circula r footin g B  represent s th e diameter .
The followin g pressur e isobar s ar e give n base d o n eithe r Boussines q o r Westergaard' s
equations
1. Boussines q isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.21 .
2. Boussines q isoba r fo r circula r footings , Fig . 6.22 .
3. Westergaar d isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.23 .
B/2=b BI2=b
Continuous
25
Figure 6.21 Pressure isobars based on Boussinesq equation for square and
continuous footings
Figure 6.22 Pressure isobars based on Boussinesq equation for uniformly loaded
circular footings
B/2=b B/2=b
5b
6b
Continuous
IB 2 B 3 5
Figure 6.23 Pressure isobars based on Westergaard equation for square and
continuous footing
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 PRESSURE ISOBARS
Definition
An isobar  i s a  lin e whic h connect s al l point s o f equa l stres s belo w th e groun d surface . I n othe r
words, a n isoba r i s a  stres s contour . W e ma y dra w an y numbe r o f isobar s a s show n i n Fig . 6.1 9 fo r
any give n loa d system . Eac h isoba r represent s a  fractio n o f th e loa d applie d a t th e surface . Sinc e
these isobar s for m close d figure s an d resembl e th e for m o f a  bulb , the y ar e als o terme d bulb  o f
pressure o r simpl y th e pressure bulb.  Normall y isobars  ar e draw n fo r vertical , horizonta l an d shea r
stresses. Th e on e tha t i s mos t importan t i n th e calculatio n o f settlement s o f footing s i s th e vertica l
pressure isobar .
Lines o f
equal vertica l
pressure o r
isobars
Figure 6.19 Bulb of pressure
Significant Depth
In hi s openin g discussio n o n
settlement o f structure s a t th e
First Internationa l Conferenc e
on Soi l Mechanic s an d
Foundation Engineerin g (hel d i n
1936 a t Harvar d Universit y i n
Cambridge, Mass , USA) ,
Terzaghi stresse d th e
importance o f th e bul b o f
pressure an d it s relationshi p
with th e sea t o f settlement . A s
stated earlie r w e ma y dra w an y
number o f isobar s fo r an y give n
load system , bu t th e on e tha t i s
of practica l significanc e i s th e
one whic h enclose s a  soi l mas s whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t o f th e structure . Th e dept h o f
this stresse d zon e ma y b e terme d a s th e significant depth  D
S
 whic h i s responsibl e fo r th e settlemen t
of th e structure . Terzagh i recommende d tha t fo r al l practica l purpose s on e ca n tak e a  stress  contour
which represent s 2 0 pe r cen t o f th e foundatio n contac t pressur e q , i.e , equa l t o Q.2q.  Th e dept h o f
such a n isoba r ca n b e take n a s th e significant depth  D
s
 whic h represent s th e sea t o f settlemen t fo r
the foundation . Terzaghi' s recommendatio n wa s base d o n hi s observatio n tha t direc t stresse s ar e
considered o f negligibl e magnitud e whe n the y ar e smalle r tha n 2 0 pe r cen t o f th e intensit y o f th e
applied stres s fro m structura l loading , an d tha t mos t o f th e settlement , approximatel y 8 0 pe r cen t o f
the total , take s plac e a t a  dept h les s tha n D
s
. Th e dept h D
s
 i s approximatel y equa l t o 1. 5 time s th e
width o f squar e o r circula r footing s [Fig . 6.20(a)] .
If severa l loade d footing s ar e space d closel y enough , th e individua l isobar s o f eac h footin g
in questio n woul d combin e an d merg e int o on e larg e isoba r o f the_intensit y a s show n i n
[Fig. 6.20(b)] . Th e combine d significan t dept h D  i s equa l t o abou t 1. 5 B .
a
z
 =  Q.2q
D<=\.5B\ Stresse d zon e
Isobar
(a) Significan t dept h o f stresse d zon e
for singl e footin g
Isobar
Combined stresse d zon e
(b) Effec t o f closel y place d footing s
Pressure Isobars for Footings
Pressure isobar s o f square , rectangula r an d circula r footing s ma y convenientl y b e use d fo r
determining vertica l pressure , (J
z
, a t an y depth , z , belo w th e bas e o f th e footings . Th e depth s z  fro m
the groun d surface , an d th e distanc e r  (o r jc ) fro m th e cente r o f th e footin g ar e expresse d a s a
function o f th e widt h o f th e footin g B . I n th e cas e o f circula r footin g B  represent s th e diameter .
The followin g pressur e isobar s ar e give n base d o n eithe r Boussines q o r Westergaard' s
equations
1. Boussines q isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.21 .
2. Boussines q isoba r fo r circula r footings , Fig . 6.22 .
3. Westergaar d isobar s fo r squar e an d continuou s footings , Fig . 6.23 .
B/2=b BI2=b
Continuous
25
Figure 6.21 Pressure isobars based on Boussinesq equation for square and
continuous footings
Figure 6.22 Pressure isobars based on Boussinesq equation for uniformly loaded
circular footings
B/2=b B/2=b
5b
6b
Continuous
IB 2 B 3 5
Figure 6.23 Pressure isobars based on Westergaard equation for square and
continuous footing
Example 6.12
A singl e concentrate d loa d o f 100 0 k N act s a t th e groun d surface . Construc t a n isoba r fo r
<7 =  4 0 kN/m
2
 b y makin g us e o f th e Boussines q equation .
Solution
From Eq . (6.la ) w e hav e
3(2
1
We ma y no w writ e b y rearrangin g a n equatio n fo r th e radia l distanc e r  a s
­ 1
Now fo r Q  =  100 0 kN , cr , =  4 0 kN/m
2
, w e obtai n th e value s o f r
p
 r
2
, r
y
 etc . fo r differen t
depths z, , z
2
, z
v
 etc . Th e value s s o obtaine d ar e
z(m)
0.25
0.50
1.0
2.0
3.0
3.455
r(m)
1.34
1.36
1.30
1.04
0.60
0.00
g=1000kN
a, =  4 0 kN/m
J
Isobar
3.455
Figure Ex. 6.12
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