Excavations in soft clays come with a number of specific challenges. The use of lime-cement columns in the passive zone of such works represents a promising solution to some of these problems, such as basal heave stability or excessive deformations. Nevertheless, lime-cement columns in the passive zone of excavations in soft clays are not yet widely used and studied. Knowledge about this improvement method is still limited, particularly when it comes to numerical modelling. They have mostly been studied numerically using simple geometries or constitutive models that do not allow to represent the key features of the material, that could influence the behaviour of the structure. Thus, there is a need for more investigations regarding precise modelling tools for this type of problems. In this study, an advanced constitutive model named the Concrete model was employed to capture the mechanical behaviour of the lime-cement improved soil material. A boundary value problem representing an excavation in soft clay supported by sheet pile walls and lime-cement columns was studied using a three dimensional finite element model that included the Concrete model for lime-cement column panels. The results show that the Concrete model is able to capture the behaviour of lime-cement improved clay very well. Key features such as strain hardening and strain softening are well represented. The results of the boundary value problem were compared to field measurements and it was showed that the Concrete model employed in a three dimensional finite element representation of the problem is able to give realistic results. / Schakter i lös lera medför ett antal specifika utmaningar. Användningen av kalk-cementpelare i den passiva zonen i sådana fallen är en lovande lösning på några av dessa problem, t.ex. jordhävning eller stora deformationer. Kalk-cement pelare i den passiva zonen av schakter i lös lera har dock ännu inte använts och studerats i någon större utsträckning i Sverige. Kunskapen om denna metod är fortfarande begränsad, särskilt när det gäller numerisk modellering. Denna förstärkningsmetod har studerats numeriskt med hjälp av enkla geometrier eller konstitutiva modeller som inte gör det möjligt att representera materialets viktigaste egenskaper som kan påverka konstruktionens beteende. Det finns därför ett behov av mer forskning för en precis modellering för denna typ av problem. I den här studien användes en avancerad konstitutiv modell (Concrete model) för att simulera det mekaniska beteendet hos det kalkcementstabiliserade jordmaterialet. Ett gränsvärdesproblem som representerar en schakt i lös lera som stöds av spontväggar och kalkcementpelare studerades med hjälp av en tredimensionell finita elementmodell. Resultaten visar att den advancerade konstitutiva modellen kan simulera beteendet hos kalkcementstabiliserad lera mycket väl. Viktiga egenskaper som t.ex. töjningshärdning och töjningsuppmjukning är väl representerade. Resultaten av gränsvärdesproblemet modellering jämfördes med fältmätningar och det visades att konstitutiva modellen som används kan ge realistiska resultat. / Les excavations dans les argiles molles présentent de nombreuses difficultés. L’utilisation de colonnes en chaux-ciment dans la zone passive de ces structures représente une solution prometteuse à certains de ces défis, tels que le soulèvement de la base ou les déformations excessives. Néanmoins, l’utilisation et l’étude des colonnes en chaux-ciment dans la zone passive des excavations dans les argiles molles ne sont pas généralisées et les connaissances à ce sujet sont encore limitées, notamment en ce qui concerne la modélisation numérique. La plupart des études numériques se basent sur des géométries simples ou des modèles constitutifs ne permettant pas de représenter certaines particularités du comportement du matériau, qui pourraient influencer le comportement de la structure. Il est donc nécessaire d’approfondir les recherches sur les outils de modélisation pour ce type de problème. Dans cette étude, un modèle constitutif avancé (Concrete model) a été utilisé pour reproduire le comportement mécanique de l’argile stabilisée à la chaux et au ciment. Un problème de valeurs aux limites représentant une excavation dans de l’argile molle soutenue par des murs de palplanches et des colonnes en chaux-ciment a été étudié à l’aide d’un modèle d’éléments finis tridimensionnel. Les résultats montrent que le modèle employé permet de reproduire le comportement de l’argile stabilisée à la chaux-ciment de manière très satisfaisante. Les particularités du comportement du matériau, telles que l’écrouissage et l’adoucissement, sont bien représentées. Les résultats du problème de valeurs aux limites ont été comparés aux mesures sur le terrain et il semble que ce modèle constitutif, employé dans une représentation tridimensionnelle par éléments finis du problème, soit capable de donner des résultats réalistes.

[ES] La técnica de "Soil Nailing" es un procedimiento de refuerzo del terreno utilizado continuamente en la estabilización de taludes y cortes del terreno en proyectos de ingeniería geotécnica. Esta técnica se aplica con frecuencia en la ciudad de Quito (Ecuador) para el refuerzo del terreno, mejorando la estabilidad de los taludes, durante el proceso de excavación de varios niveles de sótanos. Estas excavaciones de gran profundidad son habituales en proyectos inmobiliarios importantes de la ciudad, en los que el "Soil Nailing" se emplea con algunas variantes que la ajusten a los recursos constructivos disponibles en el medio. Pese a lo extendido de su uso, esta técnica, que ha resultado ser efectiva para estabilizar las excavaciones durante los procesos constructivos de estructuras de sótano en los suelos de la ciudad de Quito, actualmente dispone de pocas investigaciones locales, ya sean teóricas, numéricas o experimentales, basadas en las propiedades geotécnicas de los suelos volcánicos característicos de la ciudad. Esta Tesis Doctoral que contó con el soporte del Laboratorio de Ingeniería Geotécnica y el Laboratorio de Estructuras del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudio experimental y numérico del comportamiento de dos excavaciones reforzadas con la técnica de "Soil Nailing" para la construcción de las estructuras de sótano de dos importantes edificios ubicados en la zona centro-norte de la ciudad de Quito. Tanto el estudio experimental como el numérico se enfocan principalmente en la evolución de las fuerzas de tensión en las barras de acero de los "Soil Nails", el análisis de desplazamientos horizontales de las pantallas y el análisis de asentamientos en el terreno que se encuentra detrás de las pantallas y que fueron inferidos por la construcción de cada nivel de sótano. Como parte del análisis numérico a través de elementos finitos se han considerado diferentes modelos constitutivos de suelo, cuyos parámetros se determinaron detalladamente de acuerdo a los ensayos de laboratorio del estudio de caracterización geotécnica de esta investigación. Por tanto, esta Tesis Doctoral constituye una de las primeras investigaciones completas de la región encaminada a explicar el comportamiento experimental y numérico de excavaciones mediante la técnica de "Soil Nailing" y respaldada con un completo trabajo de caracterización geotécnica, llevado a cabo a propósito como parte de este estudio. / [CA] La tècnica de "Soil Nailing" és un procediment de reforç del terreny utilitzat contínuament en l'estabilització de talussos i talls del terreny en projectes d'enginyeria geotècnica. Esta tècnica s'aplica ben sovint en la ciutat de Quito (Equador) per al reforç del terreny, millorant l'estabilitat dels talussos, durant el procés d'excavació de diversos nivells de soterranis. Estes excavacions de gran profunditat són habituals en projectes immobiliaris importants de la ciutat, en els que el "Soil Nailing" s'empra amb algunes variants que l'ajusten als recursos constructius disponibles en el mig. A pesar d'allò que s'ha estés del seu ús, esta tècnica que ha resultat ser efectiva per a estabilitzar les excavacions durant els processos constructius d'estructures de soterrani en els sòls de la ciutat de Quito, actualment disposa de poques investigacions locals, ja siguen teòriques, numèriques o experimentals basades en les propietats geotècniques dels sòls volcànics característics de la ciutat. Esta Tesi Doctoral que va comptar amb el suport del Laboratori d'Enginyeria Geotècnica i el Laboratori d'Estructures de l'Institut de Ciència i Tecnologia del Formigó (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudi experimental i numèric del comportament de dos excavacions reforçades amb la tècnica del "Soil Nailing" per a la construcció de les estructures de soterrani de dos importants edificis ubicats en la zona centre-nord de la ciutat de Quito. Tant l'estudi experimental com el numèric s'enfoquen principalment en l'evolució de les forces de tensió en les barres d'acer dels "Soil Nailing", l'anàlisi de desplaçaments horitzontals de les pantalles i l'anàlisi d'assentaments en el terreny que es troba darrere de les pantalles i que van ser inferits per la construcció de cada nivell de soterrani. Com a part de l'anàlisi numèrica a través d'elements finits s'han considerat diferents models constitutius de sòl, els paràmetres de la qual es van determinar detalladament d'acord amb els assajos de laboratori de l'estudi de caracterització geotècnica d'esta investigació. Per tant, esta Tesi Doctoral constituïx una de les primeres investigacions completes de la regió encaminada a explicar el comportament experimental i numèric d'excavacions per mitjà de la tècnica del "Soil Nailing" i protegida amb un complet treball de caracterització geotècnica, dut a terme a propòsit com a part d'este estudi. / [EN] The "Soil Nailing" technique is a ground reinforcement procedure used consistently to stabilize slopes and land sections in geotechnical engineering projects. This technique is frequently used in the city of Quito (Ecuador) to reinforce the ground and improve slope stability during the excavation process for various underground parking levels. Such deep excavations are common in the city's most important real estate projects, in which "Soil Nailing" is used with different variations that are adjusted in accordance with the construction resources available in the particular environment. Despite its widespread use, this technique which has proven to be so effective in stabilizing excavations during the construction of underground structures in the soils of the city of Quito, currently suffers from a lack of local theoretical, numerical or experimental research based on the geotechnical properties of the city's characteristic soils. This Doctoral Thesis was supported by the Geotechnical Engineering Laboratory and the Structures Laboratory of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH) of the Universitat Politècnica de València. It presents an experimental and numerical study of the behavior of two excavations reinforced with the Soil Nailing technique for the construction of the basement structures of two important buildings located in the north-central area of the city of Quito. Both the experimental and the numerical study focus mainly on the stress of tension forces exerted on the steel bars of the "Soil Nails", analysis of horizontal wall displacements and analysis of settlements of the ground behind the walls, which were induced by the construction of each underground level. As part of the numerical analysis through finite elements, different constitutive soil models were considered, the parameters of which were determined in detail in accordance with laboratory testing from the geotechnical characterization study for this research. This Doctoral Thesis, therefore, constitutes one of the first complete studies in the region aimed at explaining the experimental and numerical behavior of excavations through the Soil Nailing technique, supported by complete geotechnical characterization work which was carried out for the purpose of forming part of this study. / Capa Guachón, VE. (2021). Estudio experimental y numérico del comportamiento de excavaciones ejecutadas mediante la técnica de suelo claveteado (soil nailing) en suelos de la ciudad de Quito (Ecuador) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/164174