Reliability-based design and analysis for internal limit states of steel grid-reinforced mechanically stabilized earth walls

This paper demonstrates reliability-based design (RBD) and analysis for tensile strength (rupture) and pullout limit states for mechanically stabilized earth (MSE) walls constructed with steel grid reinforcement in combination with frictional soils. Five different reinforcement tensile load models for walls under operational conditions are considered in combination with six different pullout models and one tensile strength model. The general approach considers the accuracy of the load and resistance models that appear in each limit state equation plus uncertainty in the choice of nominal values at the time of design that is linked to the concept of 'level of understanding' used in Canadian load and resistance factor design (LRFD) foundation engineering practice. The effect of potential steel corrosion on reliability index for the tensile strength limit state is considered in calculations. A well-documented MSE wall case study is used to demonstrate the general approach. The relationship between nominal factor of safety and reliability index is used to demonstrate how to optimize steel grid member diameters and arrangement to achieve a target reliability index of [beta] = 2.33. The approach described in this paper is an important contribution to next-generation analysis and design using modern concepts of RBD for MSE walls. Key words: reliability-based design (RBD), mechanically stabilized earth (MSE) walls, steel grid reinforcement, internal stability limit states. Cet document demontre la conception basee sur la fiabilite (CBF) et l'analyse de la resistance a la traction (rupture) et des etats limites d'arrachement pour les murs en terre stabilisee mecaniquement (TSM) construits avec un renforcement de grille en acier en combinaison avec des sols de friction. Cinq modeles differents de charge de traction des armatures pour les murs dans des conditions operationnelles sont consideres en combinaison avec six modeles d'arrachage differents et un modele de resistance a la traction. L'approche generale tient compte de la precision des modeles de charge et de resistance qui apparaissent dans chaque equation d'etat limite plus l'incertitude dans le choix des valeurs nominales au moment de la conception qui est liee au concept de << niveau de comprehension >> qui est utilise dans la pratique canadienne d'ingenierie des fondations en matiere de conception des facteurs de charge et de resistance (CFCR). L'effet de la corrosion potentielle de l'acier sur l'indice de fiabilite pour l'etat limite de resistance a la traction est pris en compte dans les calculs. Une etude de cas bien documentee sur le mur des TSM est utilisee pour demontrer l'approche generale. La relation entre le facteur nominal de securite et l'indice de fiabilite est utilisee pour demontrer comment optimiser le diametre et la disposition des elements de la grille en acier afin d'atteindre un indice de fiabilite cible de [beta] = 2,33. L'approche decrite dans ce document est une contribution importante a l'analyse et a la conception de la prochaine generation utilisant les concepts modernes de CBF pour les murs des TSM. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : conception basee sur la fiabilite (CBF), murs en terre stabilisee mecaniquement (TSM), renforcement de la grille en acier, etats limites de stabilite interne.
1. Introduction This paper is focused on reliability-based design (RBD) and analysis for tensile strength and pullout limit states of steel grid-reinforced mechanically stabilized earth (MSE) walls constructed with frictional [...]