Improvements to Pullout Failure Estimation in MSE Walls

Lalinda Weerasekara

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Geosynthetics I (Geo Composites)

ABSTRACT: The current practice of estimating the internal stability of Mechanically Stabilized Earth (MSE) structures entails use of empirical or semi-empirical methods to estimate the maximum reinforcement loads, which in turn is used to assess three potential failure modes, namely: (a) tensile rupture, (b) pullout and (c) connection failure of the reinforcement. These computations are performed at each reinforcement level, and the failure of the entire wall is assumed if the demand in at least one reinforcement exceeds the capacity of that failure mode. This paper discusses the limitations of assuming that the weakest reinforcement governs the stability of the entire reinforced soil mass, particularly in relation to displacement controlled failure mechanisms such as pullout. Other limitations of the current practice in estimating the pullout resistance are also discussed. To overcome these limitation, the Soil Reinforcement Interaction method (Weerasekara et al. 2017) is introduced, which explicitly accounts for the interaction between the reinforcement and backfill using a non-empirical analytical model. The method allows to compute a factor of safety for the entire reinforced soil mass and not only at each reinforcement level similar to the traditional practice. To further demonstrate the limitations of the existing methods and capabilities of the proposed method, two full-scale instrumented walls reinforced with smooth steel strips and high-strength nylon strips are discussed.

RÉSUMÉ: La pratique actuelle d'estimation de la stabilité interne des structures mécaniquement stabilisées (MSE) implique l'utilisation de méthodes empiriques ou semi-empiriques pour estimer les charges maximales de renforcement, qui à leur tour sont utilisées pour évaluer trois modes de défaillance potentiels, à savoir: rupture, (b) arrachement et (c) rupture de connexion du renforcement. Ces calculs sont effectués à chaque niveau de renforcement, et la rupture de toute la paroi est supposée si la demande dans au moins une armature dépasse la capacité de ce mode de défaillance. Cet article examine les limites de l'hypothèse selon laquelle le renforcement le plus faible gouverne la stabilité de l'ensemble de la masse du sol renforcée, en particulier par rapport aux mécanismes de défaillance contrôlés par le déplacement tels que le retrait. D'autres limitations de la pratique actuelle dans l'estimation de la résistance au retrait sont également discutées. Pour surmonter ces limitations, la méthode d'interaction entre le sol et le renforcement (Weerasekara et al., 2017) est introduite, ce qui explique explicitement l'interaction entre le renforcement et le remblai en utilisant un modèle analytique non empirique. La méthode permet de calculer un facteur de sécurité pour l'ensemble de la masse de sol renforcée et pas seulement à chaque niveau de renforcement similaire à la pratique traditionnelle. Afin de démontrer davantage les limites des méthodes et capacités existantes de la méthode proposée, deux murs instrumentés à pleine échelle renforcés de bandes d'acier lisses et de bandes de nylon à haute résistance sont discutés.

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