Assumption, prediction and reality in geotechnical engineering

Field: Engineering (Physical Sciences)

Geotechnical engineering involves many different and complex materials and many different mechanisms of behaviour. The direct use of experience as a guide to prediction and design is effective, provided these are understood. Geotechnical engineering is a relatively new science. Its successful application to prediction requires realistic assumptions to be made, and predictions must be tested against reality. Methods of prediction need then to be refined. Examples of the importance of making realistic assumptions are examined in this Paper. They include the effects of stress and compression on permeability, the importance of realistic modelling of the surface boundary condition in seepage analysis, and the importance of modelling material properties realistically, according to their behaviour as measured in the laboratory and verified by field observation. The link between material and prototype behaviour is stressed. It is concluded that, in dealing with engineering problems, the understanding of real behaviour is more important than accurate calculation. Numerical analysis now provides great power in analysis as it predicts mechanisms of behaviour. These no longer need to be assumed in advance. Examples are given in which numerical analysis combined with realistic material modelling gives improved prediction of behaviour. Better analysis offers better prediction and better understanding. Both are only possible when reality is modelled. There are occasions when mechanisms are too complex for predictive analysis. Prediction must then be based directly on experience, applied with an understanding of the mechanisms involved. Moreover, methods of analysis may become too sophisticated for everyday use. However, pseudo-analysis, involving standardized methods based on oversimplified and unrealistic mechanisms of behaviour and material properties, is dangerous. The use of engineering experience as a guide to prediction and design may offer a more effective alternative, provided it is based on a realistic understanding of mechanisms and materials. L'ingénierie géotechnique met en oeuvre un grand nombre de matériaux différents et complexes ainsi que différents mécanismes de comportement. Lorsque ceux-ci sont compris, il est possible d'utiliser avec succès l'expérience comme guide de prévision et de conception. L'ingénierie géotechnique est une science relativement récente. Pour pouvoir l'appliquer avec succès à la prévision, il est nécessaire de poser des hypothèses réalistes et de confronter ces prévisions à la réalité. Les méthodes de prévision doivent donc être affinées. L'article présente des exemples permettant de montrer l'importance de formuler des hypothèses réalistes. Il étudie l'influence de la contrainte et de la compression sur la perméabilité, l'importance de modéliser de façon réaliste les conditions de surfaces limites, au cours d'analyses d'infiltration, et les propriétés du matériau tout en intégrant le comportement mesuré au laboratoire puis validé in situ. On souligne tout particulièrement le lien existant entre le comportement du matériau et celui du prototype. Il apparaît que, pour les problèmes d'ingénierie, une bonne compréhension du comportement réel est plus importante qu'une grande précision des calculs. Les analyses numériques ont une grande force puisqu'elles prédisent les mécanismes du comportement qui n'ont donc plus à être postulés au départ. L'article présente des exemples dans lesquels une analyse numérique asociée à une modélisation réaliste du matériau donne des prédictions de comportement plus justes. Une meilleure analyse permet d'obtenir des prévisions plus justes et une meilleure compréhension, ce qui n'est possible que si l'on modélise la réalité. Dans certains cas, les mécanismes sont trop complexes pour envisager une analyse prévisionnelle. Les prévisions doivent donc être fondées directement sur l'expérience associée à la compréhension des mécanismes impliques. Les méthodes d'analyse risquent d'ailleurs de devenir trop sophistiquées pour un emploi routinier. Cependant il est dangereux de faire appel à des pseudo-analyses utilisant des méthodes standardisées fondées sur des mécanismes de comportement et des propriétés de matériaux trop simplifiés et non réalistes. Utiliser l'expérience de l'ingénieur comme guide pour la prévision et la conception pourrait être une alternative plus adaptée à condition qu'elle soit basée sur une compréhension réaliste des mécanismes et des matériaux.