No description available.

No description available.

The ingress and migration of moisture in rammed earth walls can be a particular problem for contractors and property owners. To date there have been no comprehensive research projects aimed at understanding moisture ingress in rammed earth materials. A much more detailed understanding of how soil-grading parameters affects the moisture ingress performance of rammed earth walls is required along with appropriate suggestions for optimising soil mix designs. Quarry materials have been blended to produce a variety of rammed earth soil mix recipes with accurately controlled grading characteristics. Ten different unstabilised mix recipes were established and tested, followed by three mix recipes that were tested with different levels of cement stabilisation. Rammed earth cube samples were used for laboratory experiments that determined capillary suction and pressure-driven moisture ingress properties, and full-scale test walls were used in the SHU climatic simulation chamber. The experimental data was analysed and found to be in good agreement with existing theories on non-saturated flow theory. Moisture ingress in rammed earth is generally very low and typically equal to or less than that of vibration-compacted C30 concrete. A positive relationship exists between the rate of capillary suction and the volume fraction porosity (f) of rammed earth. The mass of absorbed water (m w) increases linearly against the square root of elapsed time (t[0.5]). The extended Darcy equation can be used to describe capillary moisture ingress in rammed earth and so the gradient of the slope i/t[0.5] is used to define the parameter S, known as sorptivity. Static pressure-driven moisture ingress occurs at a rate that is significantly higher than S, and it does not obey the extended Darcy equation. The effective hydraulic pore radius (r) of rammed earth is typically very small which indicates high levels of constriction and tortuosity within the pore structure. The surface inflow velocity (u[0]) of capillary moisture ingress decreases linearly against t[0.01]. The gradient of the slope u0?t[0.01] can be used to provide a value for the parameter o, defined here as the surface receptiveness. The value o effectively quantifies the surface finish of the material. When r is increased, the sorptivity (S) and surface receptiveness (o) also increase, but the rate of decline in S becomes greater due to a more rapid water logging of the facade, i.e. the 'overcoat' effect. The ratio between the total specific surface area (SSAt) of the soil aggregate fraction in a mix, and the relative clay content (CC), expressed as a proportion of the total soil mass, is defined here as the SSAt/CC ratio. A positive relationship exists between the SSA/CC ratio and r of a given mix recipe. Where r is less than 0.65 nm a mix recipe should have optimised moisture ingress resistance. The ratio between the mass of soil particles in a mix whose diameter is greater than 3.35mm, and those whose diameter is less than 3.35mm, is defined here as the 3.35 ratio. When the 3.35 ratio of a mix recipe is 5 or less, and the clay content (CC) is approximately 0.1, the mix recipe appears to be optimised for low sorptivity (S) and small effective hydraulic pore radius (r). The climatic simulation of pressure-driven rainfall applied to stabilised rammed earth walls gives a calculated sorptivity (S) of approximately zero, and a very low initial surface absorption that appears to be independent of soil grading. A correctly graded soil mix recipe can make the capillary and pressure-driven moisture ingress resistance of rammed earth significantly exceed that of vibration-compacted C30 concrete without the need for chemical admixtures or surface treatments. This is the most sustainable and potentially cost effective approach to enhancing the moisture ingress resistance of rammed earth materials. Rainfall penetration in rammed earth walls may not be a problem due to the low levels of absorption from run-off water. However, capillary ingress through basal dampness or faulty rainwater goods/plumbing could be a significant cause of damp ingress. This research provides guidance on how to optimise the moisture ingress resistance in a rammed earth mix recipe, which can be specified according to the level and nature of exposure the wall is likely to encounter.

No description available.

This thesis is based on the field monitoring of a propped bored pile retaining wall installed in an overconsolidated clay. Pile bending moments, prop loads, pore water pressures and lateral earth pressures were logged automatically at intervals of up to 5 minutes throughout construction (and for 4 years afterwards) and wall deflections were measured during construction, making this the most comprehensive instrumentation project of its kind. The magnitude of the over-read associated with the use of spade cells (used to measure lateral earth and pore water pressures) in overconsolidated deposits was determined by comparing readings from a spade cell aligned to measure vertical stress with the estimated overburden acting on it as the overburden was excavated. This study adds significantly to the previous data as spade cells have not previously been \lsed in the Atherfield Clay, and the performance of spade cells under a known changing load has not previously been measured in the field. Analysis of the changes in lateral stress and pore water pressure during the wall installation process showed significant reductions in horizontal stress during wall installation, reducing the ratio of effective horizontal to effective vertical stress, K, from about 1 to nearly the active condition. Following wall installation there was no further change in horizontal stress over a period of about 10 months, during which time no further construction work took place. Analysis of the data yielded good agreement between pile bending moments estimated from inclinometer and strain gauge measurements in the piles, and the onset of concrete cracking was identified. The components of strain measured in the reinforced concrete props due to shrinkage, creep and applied load were also identified, allowing prop loads to be estimated. A simple equilibrium calculation showed that these agree with the measured wall bending moments and total horizontal soil stresses, demonstrating the overall consistency of the data collected. Simple equilibrium analysis of the behaviour of the wall during construction shows that the soil stresses measured are compatible with the measured structural loads. The longterm horizontal soil stresses, bending moments and RC prop loads show no increase over the 6 years since construction began.

Κατά τον αντισεισμικό σχεδιασμό δύσκαμπτων και ογκωδών κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης (π.χ. τοίχοι αντιστήριξης από σκυρόδεμα) οι δράσεις που λαμβάνονται υπόψη κατά τις αναλύσεις ευστάθειας περιλαμβάνουν την στατική και δυναμική εδαφική ώθηση καθώς και την αδρανειακή δύναμη του τοίχου. Οι τρέχουσες μέθοδοι σχεδιασμού (ψευδοστατική, μετακινήσεων) θεωρούν ότι οι δύο ανωτέρω δράσεις ενεργούν συγχρονισμένα, δηλαδή οι μέγιστες τιμές τους ασκούνται ταυτόχρονα στην κατασκευή αντιστήριξης. Εν τούτοις αποτελέσματα πρόσφατων πειραματικών και υπολογιστικών διερευνήσεων υποδεικνύουν ότι (τουλάχιστον στην περίπτωση των ευμετακίνητων κατασκευών αντιστήριξης) αναπτύσσεται σημαντική διαφορά φάσης μεταξύ των δύο δράσεων (ασύγχρονη δράση). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να προκύπτει ιδιαίτερα συντηρητικός σχεδιασμός της κατασκευής αντιστήριξης όταν γίνεται δεκτό ότι τα μέγιστα των δύο δράσεων συμπίπτουν χρονικά (σύγχρονη δράση). Στην παρούσα Διατριβή διερευνάται με παραμετρικές αριθμητικές αναλύσεις η ορθότητα της παραδοχής της σύγχρονης δράσης στην περίπτωση των ακλόνητων κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης. Χρησιμοποιείται η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων (χρήση κώδικα πεπερασμένων στοιχείων PLAXIS) για την προσομοίωση ακλόνητων τοίχων αντιστήριξης από σκυρόδεμα που συγκρατούν μη-συνεκτικό επίχωμα με ελαστοπλαστική σχέση τάσεων-παραμορφώσεων (και κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb) και υποβάλλονται σε οριζόντια ταλάντωση (είτε αρμονική κίνηση είτε καταγεγραμμένη χρονοϊστορία σεισμικών γεγονότων). Οι παραμετρικές αναλύσεις περιλαμβάνουν τη μεταβολή: α) της σχετικής πυκνότητας του επιχώματος (χαλαρή, μετρίως πυκνή και πυκνή κατάσταση), β) της έντασης της επιβαλλόμενης οριζόντιας ταλάντωσης (0.05g έως 0.7g) και γ) του ύψους του τοίχου (4.0m και 7.5m). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων χρησιμοποιούνται κατ’ αρχήν για τον προσδιορισμό της στατικής κατανομής και του μεγέθους των εδαφικών ωθήσεων στον τοίχο. Στη συνέχεια υπολογίζεται, η διαφορά φάσης μεταξύ της αδρανειακής δύναμης του τοίχου και της εδαφικής ώθησης, καθώς και του αντίστοιχου ποσοστού της μέγιστης τιμής της δυναμικής εδαφικής ώθησης που ασκείται κατά τη χρονική στιγμή της μεγιστοποίησης της αδρανειακής δύναμης του τοίχου. Οι αναλύσεις υποδεικνύουν ότι η στατική κατανομή των ωθήσεων είναι τριγωνική με τον συντελεστή πλευρικών ωθήσεων να προκύπτει, περίπου, ίσος με Κ0. Κάτω από συνθήκες δυναμικής φόρτισης το ποσοστό της δυναμικής ώθησης προκύπτει πολύ υψηλό (80% έως 90%) – κυρίως για μετρίως πυκνό και πυκνό εδαφικό επίχωμα – ανεξάρτητα από την ένταση της φόρτισης σε αντίθεση με τις πολύ χαμηλές τιμές (δηλαδή ασύγχρονη δράση) που έχουν προκύψει από αντίστοιχη διερεύνηση για την περίπτωση των ευμετακίνητων τοίχων αντιστήριξης. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η παρατήρηση ότι για μικρές τιμές της έντασης της δυναμικής φόρτισης (≤ 0.2g) η συμπεριφορά του υψηλού τοίχου (7.5m) προκύπτει διαφοροποιημένη σε σχέση με αυτή του τοίχου των 4.0m: το ποσοστό της σεισμικής ώθησης είναι πολύ μειωμένο (20% έως 40%), ιδιαίτερα στην περίπτωση των πολύ χαλαρών επιχωμάτων. Παρατηρείται επίσης ικανοποιητική συμφωνία της προκύπτουσας τιμής της εδαφικής ώθησης με αυτή από τη σχέση του Wood(1973) και της αναλυτικής λύσης των Kloukinas et al.(2012). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η τροποποιημένη κατανομή των εδαφικών ωθήσεων καθ’ ύψος του τοίχου, οι οποίες προκύπτουν αυξημένες στο ανώτερο τμήμα του. Συμπεραίνεται ότι στην περίπτωση του σχεδιασμού των ακλόνητων τοίχων με μετρίως πυκνό και πυκνό επίχωμα η δράση της δυναμικής εδαφικής ώθησης είναι εύλογο και δικαιολογημένο να θεωρείται σύγχρονη με την αδρανειακή δύναμη του τοίχου. / --

Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. / Εκτελώντας δυναμικές αναλύσεις με χρήση πεπερασμένων στοιχείων, αναλύεται η σεισμική απόκριση τεσσάρων τοίχων αντιστήριξης οπλισμένου εδάφους στην Ταϊβάν με στοιχεία πρόσοψης κυβόλιθους. Οι τοίχοι, των οποίων τα ύψη κυμαίνονται από 3.20 m έως 5.60 m και έχουν ως οπλισμούς στρώσεις γεωπλέγματος, υποβλήθηκαν στο σεισμό Chi-Chi (1999) και η συμπεριφορά τους κρίθηκε από επιτυχής έως ανεπιτυχής: δύο από αυτούς κατέρρευσαν, ένας υπέστη μόνο ελαφρές βλάβες, ενώ ο τέταρτος τοίχος παρέμεινε πρακτικά ανέπαφος. Η μη-γραμμική ανάλυση βασίσθηκε στα γνωστά γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του κάθε τοίχου, του γεωπλέγματος, των γεωτεχνικών συνθηκών σε κάθε θέση, του είδους και των ιδιοτήτων του υλικού επίχωσης. Η συμπεριφορά του εδαφικού υλικού προσομοιώθηκε κάνοντας χρήση του κριτηρίου Mohr-Coulomb, ενώ ως διέγερση βάσης στις δυναμικές αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιήθηκαν τα καταγεγραμμένα επιταχυνσιογραφήματα κοντά στις θέσεις των τοίχων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων (και ειδικά η εκτιμώμενη παραμορφωμένη μορφή των τοίχων) επαλήθευσαν την παρατηρούμενη συμπεριφορά των τοίχων. Βασιζόμενοι στα αποτελέσματα, βρέθηκαν οι λόγοι της ανεπιτυχούς συμπεριφοράς των δύο τοίχων που κατέρρευσαν, ενώ εξηγήθηκε η διαφοροποίηση της συμπεριφοράς των δύο τοίχων που δεν υπέστησαν βλάβες. Επιπροσθέτως, πραγματοποιήθηκαν παραμετρικές αναλύσεις για να ευρεθεί η επίδραση σημαντικών παραμέτρων σχεδιασμού, όπως το βάθος θεμελίωσης του τοίχου, η απόσταση και το μήκος των οπλισμών, η συνεισφορά των ράβδων σύνδεσης στην ευστάθεια των στοιχείων πρόσοψης και η συνεισφορά της ανώτατης στρώσης οπλισμού στην ευστάθεια του τοίχου. Επίσης αναλύθηκε η ευστάθεια των τοίχων χρησιμοποιώντας ένα εμπορικά διαθέσιμο λογισμικό οριακής ισορροπίας, το οποίο βρέθηκε ικανό να προβλέψει την παρατηρούμενη επιτυχή και ανεπιτυχή συμπεριφορά των τεσσάρων τοίχων. / The seismic response of four reinforced soil segmental retaining walls in Taiwan, is analyzed using the dynamic finite element method. The walls – whose heights ranging from 3.20 m to 5.60 m and layers of geogrid reinforcement – were subjected to the Chi-Chi earthquake (1999) and their performance ranged from successful to unsuccessful: two of them were collapsed, one suffered only minor damage whereas the fourth wall remained practically intact. The non-linear analyses were based on the known geometrical and mechanical characteristics of each wall and of the geogrid reinforcement, the geotechnical conditions at each site and the type and properties of backfill material. The soil material behavior was modeled by using the Mohr-Coulomb failure criterion whereas recorded accelerograms in the vicinity of the sites of the walls were used as base excitation in the dynamic finite analyses. The results of the analyses (and especially the estimated deformed shape of the walls) showed a remarkable agreement with the observed performance of the walls. Based on these results the reasons for the unsuccessful performance of the two failed walls were identified whereas the differentiation of the behavior of the two undamaged walls was explained. Furthermore, parametric analyses were conducted to identify the effects of such important design parameters as the depth of the foundation of the wall, the spacing and length of reinforcement, the contribution of connecting pins to the stability of the facing elements as well as the contribution of the top layer of reinforcement to the stability of the wall. The stability of the walls were also analyzed by using a commercially available limit equilibrium software which was found to be able to predict the observed successful and unsuccessful performance of the four walls.

Οι κατασκευές εδαφικής αντιστήριξης εξακολουθούν να βρίσκονται σε ευρύτατη χρήση, με διαρκώς αυξανόμενο ενδιαφέρον λόγω των απαιτήσεων των σύγχρονων έργων υποδομής αλλά και των αναγκών δόμησης σε πυκνό αστικό περιβάλλον. Το ενδιαφέρον εστιάζεται σε κατασκευαστικές λύσεις και μεθόδους σχεδιασμού που συνδυάζουν ασφάλεια και οικονομία. Η ανάλυση των συγκεκριμένων κατασκευών αντιμετωπίζει πλήθος δυσεπίλυτων προβλημάτων στο αντικείμενο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής που συχνά καθορίζουν τη συμπεριφορά του έργου. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών επιτρέπει το σχεδιασμό με μικρότερα περιθώρια αβεβαιότητας που οδηγούν σε οικονομικότερες και ορθολογικότερες λύσεις. Στην κατεύθυνση αυτή συμβάλει η παρούσα Διατριβή, με την ανάπτυξη αναλυτικών εργαλείων και θεωρητικών ευρημάτων που βοηθούν στην κατανόηση των μηχανισμών της αλληλεπίδρασης και στην εκτίμηση της συμπεριφοράς των τοίχων αντιστήριξης υπό συνδυασμένη βαρυτική και σεισμική φόρτιση. Έμφαση δίνεται στην παραγωγή απλών κλειστών λύσεων και μεθοδολογιών για τον υπολογισμό των εδαφικών ωθήσεων και τη στατική ανάλυση του συστήματος τοίχου εδάφους. Συγκεκριμένα, παράγονται λύσεις άνω και κάτω ορίου για ενδόσιμους τοίχους, οι οποίες, παρότι προσεγγιστικές, πλεονεκτούν έναντι των κλασικών εξισώσεων Coulomb και Mononobe-Okabe τις οποίες μπορούν να αντικαταστήσουν. Σε ειδικές περιπτώσεις, όπως η περίπτωση τοίχων προβόλων με πεπλατυσμένο πέλμα, οι προτεινόμενες λύσεις οδηγούν σε ακριβή αποτελέσματα που βασίζονται σε ένα γενικευμένο πεδίο τάσεων Rankine. Επίσης παρουσιάζονται επεκτάσεις τους οι οποίες επιτρέπουν τον υπολογισμό μη-υδροστατικών κατανομών ωθήσεων γαιών λαμβάνοντας υπόψη την κυματική διάδοση της σεισμικής διέγερσης στο επίχωμα, σύμφωνα με μια ορθότερη παραλλαγή της ιδέας των Steedman & Zeng και τις διαφορετικές κινηματικές συνθήκες που προέρχονται από την απόκριση του τοίχου με περιστροφή περί την κορυφή ή τη βάση σύμφωνα με την τεχνική της Dubrova. Για την περίπτωση ανένδοτων τοίχων παρουσιάζεται μεθοδολογία για τη δραστική απλοποίηση των διαθέσιμων ελαστοδυναμικών, κυματικών λύσεων, όπως αυτή των Veletsos & Younan, η οποία καταλήγει σε κλειστές μαθηματικές εκφράσεις για τον υπολογισμό των ωθήσεων. Τέλος, παρουσιάζονται νέα ευρήματα στην κατεύθυνση της μαθηματικής αντιμετώπισης του δυσεπίλυτου προβλήματος της οριακής ισορροπίας ριπιδίου τάσεων σε εδαφικό μέσο στο οποίο ενεργούν βαρυτικές και αδρανειακές δυνάμεις πεδίου. Η παρούσα εργασία συμβάλλει στην περαιτέρω διερεύνηση του προβλήματος το οποίο θεμελίωσαν θεωρητικά οι Levy, Boussinesq, von Karman και Caquot, μέσω της δραστικής (αλλά ακριβούς) απλοποίησης του σε μία μη-γραμμική συνήθη διαφορική εξίσωση, η οποία επιτρέπει την επίλυση με απλές αριθμητικές και ημιαναλυτικές τεχνικές. Πέρα από τα ακριβή αριθμητικά αποτελέσματα, η προτεινόμενη ανάλυση προσφέρει μια βαθύτερη εποπτεία στο πρόβλημα και ανοίγει το δρόμο για περαιτέρω διερεύνηση ή και επέκταση της μεθόδου πέρα από τα όρια της κλασικής οριακής ανάλυσης. Η αξιοπιστία των προτεινόμενων λύσεων ελέγχεται μέσω συγκρίσεων με καθιερωμένες λύσεις και πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία, αλλά και πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα που παρήχθησαν από τον συγγραφέα και ερευνητές στη σεισμική τράπεζα του Πανεπιστημίου του Bristol του Ηνωμένου Βασιλείου. / Earth retaining structures are still in widespread use, with growing interest due to the demands of modern infrastructure and building needs in a dense urban environment. Building solutions and design methodologies that combine safety and economy are the objectives of modern research. Significant difficulties in the analysis of retaining structures arise from the soil-structure interaction nature of the problem that often prescribes its behavior. Understanding these mechanisms allows design under smaller uncertainties, leading to economical and rational solutions. The contribution of the present thesis consists of the development of analytical tools and theoretical findings, helpful in understanding the mechanisms of interaction and the behavior of walls under combined gravity and seismic loading. Emphasis is given to the derivation of simple closed-form solutions and methodologies for the calculation of earth pressures and the static analysis of wall-soil system. Specifically, approximate Lower and Upper Bound solutions are produced for the case of yielding walls, which are advantageous compared to the classical equations Coulomb and Mononobe-Okabe. In special cases, such as the L-shaped cantilever walls, these solutions lead to exact results, pertaining to a generalized Rankine stress field. Extensions of the above solutions are presented allowing the calculation of non-hydrostatic earth pressure distributions, due to the wave propagation of the seismic excitation in the backfill, according to a better variant of the Steedman & Zeng approach and different kinematic conditions of the wall rotating around the top or bottom, according to the technique of Dubrova. For the case of non-yielding walls, a new methodology for the drastic simplification of available wave solutions, such as the Veletsos & Younan, is presented which leads to closed-form expressions for the dynamic pressure calculation. Finally, new theoretical findings are presented for the mathematical treatment of the intractable problem of plastic limit equilibrium in soil medium subjected to gravitational and inertial forces field. This work contributes to the further investigation of the problem which is founded theoretically by Levy, Boussinesq, von Karman and Caquot, through the significant (but accurate) simplification to a single, non-linear ordinary differential equation, easier to handle by simple numerical and semi-analytical techniques. Apart from the exact numerical results, the proposed analysis provides a deeper physical insight, leading the way to further investigation or extension of the method beyond the classical limit analysis assumptions. The reliability of the proposed solutions is checked through comparisons with established solutions and experimental data from the literature and recent experimental results obtained by the author and researchers in the shake table laboratory of the University of Bristol, UK.