FEM implementation of a viscoplastic model for calculating geomembrane strain due to differential settlement from degrading or thawing waste

ABSTRACT: Geomembranes are widely used in landfill covers to control the infiltration of moisture and gas. Due to the degradation and consolidation of the underlying waste, it takes many years for the differential settlement to be complete. The differential settlement affects geomembrane strains during the process of degradation. For simplicity, in numerical calculations, the geomembrane is often assumed to be elastic. To investigate the implications of this assumption, a classical viscoplastic constitutive model for HDPE is implemented in the geometric nonlinear finite element analysis. The effect of the material properties and strain rates are investigated. Results based on the implementation of the viscoplastic model are compared with existing methods, showing the rate-dependent behaviour of HDPE should be considered when estimating the tensile strain in landfill covers that can develop due to differential settlement.

RÉSUMÉ: Les géomembranes sont largement utilisées dans les couvertures de décharge pour contrôler l'infiltration d'humidité et de gaz. En raison de la dégradation et de la consolidation des déchets sous-jacents, il faut de nombreuses années pour que le tassement différentiel soit complet. Le tassement différentiel affecte les déformations en tension des géomembranes au cours du processus de dégradation. Par souci de simplicité, dans les calculs numériques, la géomembrane est souvent supposée élastique. Pour étudier les implications de cette hypothèse, un modèle constitutif viscoplastique classique pour le PEHD est implémenté dans l'analyse par éléments finis géométriques non linéaires. L'effet des propriétés du matériau et des taux de déformation est étudié. Les résultats basés sur la mise en œuvre du modèle viscoplastique sont comparés aux méthodes existantes, montrant que le comportement dépendant de la vitesse du PEHD doit être pris en compte lors de l'estimation de la contrainte de traction dans les couvertures de décharge qui peut se développer en raison du tassement différentiel.