Article de recherche / Research Article

Effects of grains characteristics and geogrid shape and rigidity on the behaviour of reinforced granular soil − 3D DEM study

Effets des caractéristiques des grains et de la forme et de la rigidité de la géogrille sur le comportement d’un sol granulaire renforcé − Étude tridimensionnelle par la méthode des éléments discrets

Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, 3SR, Grenoble, France

^* Corresponding author: ahmadaub04@gmail.com

Abstract

This study explores the impact of granular properties and geogrid characteristics on the behaviour of reinforced soil techniques, through DEM numerical simulations of triaxial compression tests. Three particle shapes (spheres, two different clumps) were examined, as well as two geogrid types (biaxial and triaxial). The results show that geogrids significantly increase peak strength and reduce lateral deformations, mainly due to better particle confinement. Clumps generally exhibit better shear strength, creating a more stable granular structure that interacts more effectively with geogrids. The study also reveals that particles interlocking in geogrid apertures predominates friction at the soil-geogrid interface. The stiffness of geogrids influences their effectiveness: above a certain threshold, geogrids offer near-saturated benefit performance. On the other hand, the shape and size of geogrid openings present a secondary impact when stiffness and effective area are maintained constant. This research highlights the importance of selecting geogrids according to soil granularity and can provide practical recommendations for the use of geogrids in geotechnical applications.

Résumé

Cette étude explore l’impact des propriétés du matériau granulaire et des caractéristiques des géogrilles sur le comportement des techniques de renforcement des sols, par des simulations numériques par la méthode des éléments discrets d’essais de compression triaxiale. Trois formes de particules (sphères, deux assemblages ou agrégats de sphères différents) ont été examinées, ainsi que deux types de géogrilles (biaxiales et triaxiales). Les résultats montrent que les géogrilles augmentent significativement la résistance de pic et réduisent les déformations latérales, principalement par un meilleur confinement des particules. Les agrégats de sphères montrent en général une meilleure résistance au cisaillement et créent une structure granulaire plus stable qui interagit plus efficacement avec les géogrilles. L’étude révèle aussi que l’imbrication des particules dans les ouvertures de la géogrille a plus d’effet que le frottement à l’interface sol-géogrille. La rigidité des géogrilles influence leur efficacité : au-delà d’un certain seuil, les géogrilles ont un comportement proche de l’efficacité maximale. D’un autre côté, la forme et la taille des ouvertures des géogrilles ont un impact secondaire quand leur rigidité et leur surface effective sont maintenues constantes. Cette recherche met en évidence l’importance de choisir des géogrilles adaptées à la granularité du sol et peut fournir des recommandations pratiques pour l’utilisation de géogrilles dans les applications géotechniques.