A new working stress method for prediction of reinforcement loads in geosynthetic walls


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Abstract

Proper estimation of soil reinforcement loads and strains is key to accurate internal stability design of reinforced soil structures. Current design methodologies use limit equilibrium concepts to estimate reinforcement loads for internal stability design of geosynthetic and steel reinforced soil walls. For geosynthetic walls, however, it appears that these methods are excessively conservative based on the performance of geosynthetic walls to date. This paper presents a new method, called the K-stiffness method, that is shown to give more accurate estimates of reinforcement loads, thereby reducing reinforcement quantities and improving the economy of geosynthetic walls. The paper is focused on the new method as it applies to geosynthetic walls constructed with granular (noncohesive, relatively low silt content) backfill soils. A database of 11 full-scale geosynthetic walls was used to develop the new design methodology based on working stress principles. The method considers the stiffness of the various wall components and their influence on reinforcement loads. Results of simple statistical analyses show that the current American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) Simplified Method results in an average ratio of measured to predicted loads (bias) of 0.45, with a coefficient of variation (COV) of 91%, whereas the proposed method results in an average bias of 0.99 and a COV of 36%. A principle objective of the method is to design the wall reinforcement so that the soil within the wall backfill is prevented from reaching a state of failure, consistent with the notion of working stress conditions. This concept represents a new approach for internal stability design of geosynthetic-reinforced soil walls because prevention of soil failure as a limit state is considered in addition to the current practice of preventing reinforcement rupture.RésuméL'évaluation appropriée des contraintes et des déformations du renforcement est primordiale pour la conception précise de la stabilité interne des structures du sol renforcé. Les concepts actuels utilisent la méthode d'équilibre limite pour évaluer les charges de renforcement pour la stabilité interne des murs de soutènement renforcés par les matériaux géosynthétiques et métalliques. Cependant, au moins pour les murs géosynthétiques, il s'avère que ces méthodes sont excessivement conservatrices, d'après la performance des murs géosynthétiques construits jusqu'à présent. Cet article présente une nouvelle méthode, appelée « K-stiffness, » qui donne une évaluation plus précise des charges du renforcement, réduisant la quantité de renforcement et améliorant le coût des murs geosynthetiques. Cet article est concentré sur une nouvelle méthode qui est limitée aux murs géosynthétiques construits avec les sols granulaires (non cohérent et relativement faible en particules fines). Une base de données, de 11 murs géosynthétiques à l'échelle réelle, a été utilisée pour développer la nouvelle méthodologie de la conception, basée sur les principes des contraintes admissibles. Cette méthode considère la rigidité des divers composants de mur et de leur influence sur des charges de renforcement. Les résultats de simples analyses statistiques montrent que la méthode simplifiée actuelle de l'AASHTO résulte en un ratio moyen des chargements mesurés sur estimés de 0,45 avec un coefficient de variation (CDV) de 91%, tandis que la méthode proposée a comme conséquence un ratio moyen de 0,99 et un CDV de 36%. Un objectif principal de cette méthode est de concevoir le renforcement de mur de sorte que le sol dans le remblai soit empêché d'atteindre la rupture, conformément à la notion des contraintes admissibles. Le concept représente une nouvelle approche pour le calcule de la stabilité interne des murs de sol renforcés par geosynthetique, puisque la prévention de la rupture du sol à l'état limite est considérée en plus de la pratique actuelle de la prévention de la rupture de renforcement.

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