Since the 1970's deep mixing columns have been widely used all over the world to improve the performance of soft soil in regard to bearing capacity or deformation behaviour. They are installed by mixing a binding agent, e.g. cement, in situ with the soil. The choice of installation method affects the properties of the column and the surrounding as the soil is disturbed by the installation process. However, the effects of the installation are often neglected during design even though they are plentiful. Besides the lateral displacement that could destabilize neighbouring constructions, the soil in the direct vicinity of the installed column is affected. Laboratory and field tests revealed the formation of three distinct zones outside the nominal diameter of the column which have different strength properties than the initial clay. They are formed due to cylindrical expansion, clay fracturing, and the migration of ions from the binding agent and their strength changes with time due to consolidation, cementation, heating, and thixotropy. Within this thesis, the installation effects that occur in the direct vicinity of the column have been studied in the context of a construction project in Sweden, where deep mixing columns are considered for the reduction of settlements of road and parks areas located on a thick clay layer. Based on analytical calculation methods and field measurements described in the literature, the occurrence and the magnitude of the installation effects have been assessed. The influence of considering these effects was then studied numerically using the finite element program PLAXIS. The simulation included one column within a column group and was performed in 2D assuming axisymmetry. The presence of the neighbouring columns was considered over the boundary conditions. The installation effects in the vicinity of the column comprised three zones which were implemented in the numerical model. For comparison, the simulations were also performed using the "wish-in-place" approach for the column that ignores the occurrence of any installation effects. The stabilized soil is loaded with two layers of new filling material which results in excess pore pressures and settlements that have been studied. The results for the model in which the installation effects were considered could be compared to the results for the model in which the column was wished-in-place. The comparison showed that the consideration of the installation effects leads to a faster consolidation and a significant reduction in settlements. This was observed for different installation patterns, i.e. triangular and square, and varying column spacings of 1.2 and 2.4 m. The positive installation effects were greatest for a smaller spacing and a triangular installation pattern. For a square installation pattern with a spacing of 2.4 m, the consolidation time and the final settlements were both reduced by more than 40%. Even though the assumptions and simplifications require verification, a clear positive influence can be seen for the project in Sweden. If these numerical results are confirmed by field observations, more efficient construction designs could be obtained which ultimately result in reduced costs and carbon dioxide emissions.

During the casting of a concrete bridge deck, the temporary formwork is causing the underlying ground to deform if a shallow foundation solution is used. There are often demands on the maximum deformation of the superstructure when designing the foundation for the formwork.  To keep the deformations within the desired limits, several ground improvement methods like deep mixing columns or deep foundation methods like piling can be used. Permanent ground improvement methods are however expensive, and far from always needed. To reduce the need for unnecessary ground improvements, it is crucial to calculate the predicted deformations accurately during the design phase. The purpose of this thesis was to investigate how short-term deformations in clay under a formwork during bridge construction should be calculated more generally in future projects. Three different calculation models have here been used to calculate the ground deformations caused by the temporary formwork. A simple analytical calculation and two numerical calculations based on the Mohr Coulomb and Hardening Soil-Small constitutive models. The three calculation models were chosen based on their complexity. The analytical calculation model was the most idealised and the Hardening Soil-Small to be the most complex and most realistic model. Results show that the numerical calculation model Mohr Coulomb and the analytical calculation model gives the best results compared to the measured deformation. One of the most probable reasons for the result is that both of the models require a few input parameters that can easily be determined by well-known methods, such as triaxial-, routine- and CRS-tests. The more advanced Hardening soil small model requires many parameters to fully describe the behaviour of soil. Many of the parameters are hard to determine or seldom measured. Due to the larger uncertainties in the parameter selection compared with the other two models, the calculated deformation also contains larger uncertainties. / Vid gjutning av betongbrodäck kommer den underliggande marken att deformeras av den temporära formställningen, som tar upp lasterna medan betongen härdar. Det finns oftast krav på hur stora markdeformationerna maximalt får vara. För att hålla deformationerna inom gränserna kan diverse markförstärkningsmetoder, så som kalkcementpelare eller pålar, användas. Permanenta markförstärkningar är oftast väldigt dyra och inte alltid nödvändiga. Ett alternativ till att använda dyra markförstärkningar skulle kunna vara att beräkna den förutspådda deformationen med stor exakthet i projekteringsstadiet. Syftet med det här arbetet var att undersöka hur korttidsstätningar i lera vid en bronybyggnation ska beräknas mer generellt i framtida projekt.  I detta arbete har tre beräkningsmodeller använts för att beräkna markdeformationerna från den temporära formställningen. En enklare analytisk modell samt två numeriska beräkningsmodeller som baseras på Mohr Coulomb och Hardening Soil Small teorierna. De tre beräkningsmodellerna valdes utifrån deras komplexitet. Den analytiska beräkningen ansågs vara den mest förenklade modellen medan Hardening Soil-Small var den mest komplexa och realistiska modellen.   Resultatet visar att trots sin enkelhet så ger den numeriska beräkningsmodellen Mohr Coulomb och den analytiska beräkningen bäst resultat jämfört med de uppmätta deformationerna. En möjlig anledning till det goda resultatet är att modellerna endast kräver ett fåtal ingångsparametrar som kan bestämmas med hjälp av välkända fält- och laboratoriemetoder så som triaxialförsök, rutinlaboratorieförsök och CRS-försök. Den mer komplexa modellen Hardening Soil Small kräver flera ingångsparametrar för att kunna modellera jordens beteende. Många av parametrarna är svåra att bestämma då mätdata oftast saknas. Osäkerheterna i valet av ingångsparametrar för den mer komplexa hardening soil small modellen är större än de två andra studerade modellerna, vilekt även ger upphov till större osäkerheter i dem beräknade deformationerna.

Föreliggande studie omfattar sättningsberäkningar med den senaste kommersiella versionen av datorprogrammet FEM-Design 12, utvecklat i samverkan mellan konstruktörer och geotekniker.Programmet är en uppföljare till den tidigare versionen FEM-Design 11 och även en förbättring av den betaversion 12, som fanns tillgänglig och under utveckling fram tills att den första kommersiella versionen av FEM-Design 12 lanserades under hösten 2013. Tidigare studier har gjorts av en Betaversion 12 i form av ett examensarbete, där jorden modellerades med volymelement, enligt kontinuumsmekanik. Resultaten i studien påvisade en stor procentuell sättningsdifferens (22 %) jämfört med sättningsberäkningar i det geotekniska programmet PLAXIS. Denna procentuella skillnad kan antingen bero på att själva byggnaden inte kan modelleras i PLAXIS och därmed inte kunde beaktas i beräkningarna, eller att det fanns brister i betaversionen FEM-Design 12, vilka gjorde att resultaten som uppvisades inte var rättvisande.I denna naturliga fortsättning har nya beräkningar gjorts med hjälp av den senaste kommersiella versionen av FEM-Design 12 för att validera sättningarna i en ny pilotstudie och undersöka om rimliga resultat erhålls. Som en del av denna jämförelse och värdering har även sättningsberäkningar för hand utförts.Interaktionen mellan FEM-Design och användarna har granskats för att se hur brukarna upplever den nya versionen samt om programmet uppfyller de mål som formulerades i samband med utvecklingsarbetet. Tre olika projekt har modellerats i FEM-Design 12 där jorden beskrivs med finita element (volymelement). / The present study includes settlement calculations with the latest commercial version of the computer program FEM-Design 12, developed in collaboration between geotechnical- and structural engineers.The program is a sequel to the earlier version FEM-Design 11 and also an improvement of the beta version 12, which was available and under development until the first commercial version of FEM-Design 12 was launched in autumn 2013.Previous studies have been made of a Beta version 12 in the form of a study, where the soil was modeled with volume elements, according to continuum mechanics. The results of this study demonstrated a large percent set difference (22 %) compared to settlement calculations in the geotechnical computer program PLAXIS. This percentage difference could either be due to that the building itself cannot be modeled in PLAXIS and thereby could not be considered in the calculations, or that there were deficiencies in the beta version FEM-Design 12, which led to that the results exhibited were not accurate.In this natural continuation, new calculations have been made by using the latest commercial version of FEM-Design 12 to validate the settlements in a new pilot Study and examine whether reasonable results is obtained. As part of this comparison and evaluation, hand calculations have been performed.The interaction between FEM-Design and the users have been examined to see how the users experience the new version and whether the program meets the objectives formulated in the context of the development work.Three different projects have been modeled in FEM-Design 12 where the soil is described by finite element (volume elements) will be used.

Soil-steel composite bridges are for many reasons very favorable bridges to build. Up to a certain span length they are economical, practical to transport and simple and quick to build. Especially in remote places, with unfavorable sloping terrain, this can be of great interest when the transport of material can be difficult and costly. The swedish manual for design of soil steel composite bridges was presented by Lars Pettersson and Håkan Sundquist in the year 2000. It is today used in Sweden and other neighboring countries as the main manual for the design of soil-steel composite bridges. The design manual is however only valid for longitudinal slopes up to 10%, which is low in comparison to natural sloping hillsides. The purpose of this thesis is to study the structural behavior of soil steel composite bridges in sloping terrain, with the use of the finite element software PLAXIS 2D. Two case studies of one low arch culvert bridge and one pipe arch culvert are studied and later modeled in PLAXIS. The two case studies does not have sloping terrain, but are used to assure that the FEM-models behaves correctly during the backfilling process in PLAXIS. The analysis studies the change in sectional forces in the bridges during an increase inslope above the structures. The values from the FEM-models are compared to field measurements from the case studies, as well as to values calculated in accordance to the swedish design manual. This is done to see how well the different approaches compare to each other, and, since the design manual does not consider slopes exceeding 10%, it is interesting to investigate if the SDM-calculated values still appear valid for slopes larger than 10%. In addition to sectional forces, the slope stability of the FEM-models is also evaluated and compared to analytical values calculated using the ordinary method of slices. This slope stability study focuses on if the bridges affect the slope stability safety factor. The thesis also investigates if these bridges are more sensitive to increasing slopes from a slope stability or sectional forces point of view. I.e if the slope inclination magnitude will be determined based on the sectional forces in the structure or the slope stability of the soil surrounding the structure. The criteria that are researched to come to this conclusion are for example the slope stability safety factor, or the possible yielding of the culvert wall due to too large sectional forces in the structure. The results show that for low cover depths, the slope stability safety factor decreases slightly when a structure is introduced to the slope. For larger cover depths, read 3 meters or more, the slope stability seems unaffectedby the structure. The results also shows that the sectional forces in the structures compares well to both measured and calculated values for slope inclinations up to 30% for rather small cover depths, i.e 1 meter. For slopes larger than 30% the sectional forces grows and no longer reflect the measured and calculated values. However, since only two case studies are performed, these conclusions might not be valid for different profile shapes. Additionally there are indications that the low arch bridge is more sensitive to slopes than the pipearch culvert. / Rörbroar, eller “soil-steel composite bridges”, är av många anledningar fördelaktiga att bygga. Upp till en viss spännvidd är de ekonomiska, praktiska att transportera samt enkla och snabba att konstruera. Särskilt vid vissa svåråtkomliga platser, med ofördelaktigt sluttande terräng, kan det vara av stort intresse när materialtransport annars kan vara både komplicerat och kostsamt. Den svenska manualen för dimensionering av rörbroar presenterades av Lars Pettersson och Håkan Sundquiståret 2000. Manualen används idag i Sverige samt angränsande länder som den huvudsakliga dimensioneringsmanualen för rörbroar. Dock är den svenska manualen enbart giltig för lutningar upp till 10%, vilket ären låg lutning i jämförese med många naturliga sluttningar. Syftet för detta arbete är att studera det statiska beteendet hos kringfyllda rörbroar i lutande terräng,med hjälp av det finita element programmet PLAXIS 2D. Två fallstudier av dels en låg bågbro, dels en sluten kulvertbro, studeras och modelleras senare i PLAXIS. De två fallstudierna har inte sluttande terräng, men används för att säkerställa att FEM-modellerna beter sig korrekt under återfyllnadsfasen I PLAXIS. Analysen studerar förändringen av tvärsnittskrafter i broarna när sluttningen de belastas av ökar. Värdena från FEM-modellerna jämförs mot mätdata från fallstudierna, samt mot värden beräknade enligt den svenska manualen. Detta utförs för att se hur väl de olika metoderna överensstämmer med varandra, och, eftersom dimensioneringsmanualen inte tar hänsyn till lutningar överstigande 10%, är det intressant att se om deSDM-beräknade värdena fortfarande gäller för lutningar större än 10%. Utöver tvärsnittskrafter utvärderas släntstabiliteten hos FEM-modellerna, och dessa resultat jämförs sen mot analytiska värden beräknade enligt lamellmetoden, eller “the ordinary method of slices”. Släntstabilitetsstudien fokuserar på hur broarna påverkar säkerhetsfaktorn för släntstabilitet. Avhandlingen undersöker även om dessa broar är mer känsliga för ökande lutningar från en släntstabilitets- eller tvärsnittskrafts-synvinkel, dvs. om lutningens största storlek kommer att avgöras baserat på de tvärsnittskrafter som uppstår i konstruktionen eller på släntstabiliteten i marken runt konstruktionen. För att bilda oss en uppfattning om detta jämförs exempelvis säkerhetsfaktorn för släntabilitet mot ett eventuellt brott i stålprofilen orsakat av för stora tvärsnittskrafter i konstruktionen. Resultaten visar att säkerhetsfaktorn för släntstabilitet, vid liten överfyllnadshöjd över hjässan, minskar något när en bro byggs i en sluttning. För större överfyllnadshöjder, läs 3 meter och högre, verkar släntstabiliteten vara oförändrad vid introducering av en bro. Resultaten visar även att tvärsnittskrafterna i konstruktionerna överensstämmer bra både mot mätdata samt beräknade värden, för lutningar upp till 30% och små överfyllnadshöjder på exampelvis 1 meter. För lutningar större än 30% växer tvärsnittskrafterna och är inte längre jämförbara mot varken mätdata eller beräknade värden. Dock bör det tilläggas att eftersom endast två fall har studerats utförs så behöver dessa slutsatser inte gälla för andra profiltyper. Utöver detta finns indikationer på att den låga rörbron är mer känslig för en ökning i släntlutning i jämförelse mot denandra bron när det gäller tvärsnittskrafter.

[pt] Este trabalho analisa excitações verticais dinâmicas de máquinas para fundações com embutimento. Combinações de fundações superficiais e profundas, para simulação de bloco de fundações, são analisadas com uso de diferentes metodologias. Analisam-se soluções de Novak e Beredugo em combinação com Novak e El-Sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional retiradas do trabalho de Poulos e Davis. Também são analisadas soluções simplificadas de fundações superficiais com embutimento de Wolf em combinação com fundações profundas de Novak e El-sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional dinâmicas,obtidas com elementos finitos neste trabalho. São comparados os valores de deslocamentos de regime permanente com os obtidos por elementos finitos tridimensionais com uso do programa Plaxis 3D, comprovando a eficácia dos valores de taxa de recalque adimensional dinâmico e uso de modelo simplificado de fundações superficiais de Wolf. / [en] This paper analyzes dynamic vertical loadings due to machine foundations on embedded foundations. Combinations of shallow and deep foundations, to pile raft foundations, are analyzed using diferent approaches. First, solutions of Novak and Beredugo combined with Novak and El- Sharnouby, using additional settlement ratios from Poulos and Davis. Then it is compared to simplified embedded shallow foundations solutions by Wolf combined with Novak and El-Sharnouby, using dynamic additional settlement ratio obtained by finite elements on this paper. Settlements obtained on the steady state regime are compared to the values obtained by tridimensional finite elements using the program Plaxis 3D, proving the efficiency of dynamic additional settlement ratio and the simplified model of shallow foundations by Wolf.

I detta examensarbete har en utredning gjorts med syftet att undersöka lämpligheten att genomföra en djupstabilisering med multicementpelare (MC-pelare) i ett område med högt ställda sättningskrav. Detta genom att numeriskt simulera hur djupstabiliserad lera kan bete sig vid belastning med avseende på långtidsdeformationer. Vidare utvärderas hur väl olika materialmodeller kan simulera sättningar med hänsyn till kryp samt huruvida krypsättningar bör beaktas vid denna typ av dimensionering. Simuleringarna är genomförda enligt de geotekniska förutsättningarna och den planerade byggnationen på Galoppfältet i Täby Park. Som en grund för beräkningarna genomfördes en litteraturstudie där bland annat valet att simulera pelarna med Mohr-Coulomb (MoC), Soft Soil Creep (SSC) och Concrete Model (CM) i Plaxis 2D motiveras. Pelarna simulerades med en axissymmetrisk 2D-modell och i samtliga beräkningar simulerades leran med kryp medan pelarna simulerades både med och utan krypsättningar. En kalibrering mot tidigare forskning på området samt sättningsberäkningar av lera på Galoppfältet genomfördes för att säkerställa den valda modellens lämplighet. Därefter simulerades pelare med olika geometriska förutsättningar och varierande uppfyllnadshöjd. En sensitivitetsanalys gjordes även för att åskådliggöra vilka av de osäkra parametrarna som ger stor påverkan på resultatet. Simuleringarna visade att det antagligen är lämpligt att djupförstärka leran med multicementpelare för att uppnå låga sättningar över tid. För en pelardiameter på 800 mm och ett centrumavstånd på 1200 mm uppnåddes följande sättningar med de olika uppfyllnadshöjderna samt de olikamaterial modellerna. Av de testade pelarna ansågs denna geometri mest lämplig för de givna förutsättningarna på Galoppfältet. Detta baseras på den totala sättningen och att vissa pelare gick till brott i simuleringarna för övriga geometrier med större centrumavstånd och mindre pelardiameter. Beräkningarna där pelarna simulerades med SSC- och CM med kryp visade på stor variation sinsemellan. Resultaten med SSC anses felaktigt låga på grund av bristfälliga materialdata och visas därför inte i sammanfattningen. Resultaten med CM utan kryp och MoC utan kryp anses mest trovärdiga om än dock potentiellt för låga eftersom krypsättningar i pelarna inte är inkluderade. Vidare anses CM överlag vara en lämplig modell för att simulera sättningar med kryp i djupförstärkt lera förutsatt att ett tillräckligt underlag för val av materialparametrar finns att tillgå. SSC kan potentiellt vara lämplig enligt resultat från sensitivitetsanalysen förutsatt att materialparametrar kan undersökas för de lokala förutsättningarna. Dock förordas CM för fortsatta studier med krypsättningar i djupförstärkt lera. MoC anses som en god modell om kryp försummas. Med hänsyn till detta anser författarna att kryptester på multicementpelare bör övervägas för att skapa bättre förutsättningar för dimensionering av djupförstärkt lera med krypsättningar. Något som kan ge underlag för dimensionering med högre precision och potentiellt ekonomisk vinning. / This master thesis investigates the suitability of using multicement, a mixture of cement and cement kiln dust (CKD), for deep cement mixing (DCM) as soil improvement in an area with high requirements regarding the maximum allowed settlements. This was done by numerical modelling of long-term settlement behaviour for a DCM improved soil. Furthermore, the usability of different material models when considering creep behaviour are studied. The report also investigates whether creep behaviour should be considered or not in this type of simulation. The simulations are done according to the geotechnical conditions and the planned design for an old gallop track in Täby Park, Sweden. A literature review is done as a basis for the simulations performed in Plaxis 2D with an axis symmetric 2D-model. The use of Mohr-Coulomb (MoC), Soft SoilCreep (SSC) and Concrete Model (CM) for the columns are motivated. Creep settlements are included in the clay for all simulations while the columns are simulated both with and without creep settlements. To ensure the suitability of the model, a calibration is done by replication of a research study as well as replication of settlement calculations of the unimproved clay on Galoppfältet. Thereafter different geometric options for the columns and varying fill depths are simulated. Lastly a sensitivity analysis is conducted to display how much the uncertain material properties affect the result. Using multicement columns (MC columns) for DCM seems to be a good method for stabilizing the soil in Galoppfältet to achieve small settlements over time. For columns with a diameter of 800 mm and a center distance of 1200 mm the following settlements were calculated with the different material models for different fill heights. This geometry was considered most suitable for the conditions at Galoppfältet.  The two material models which account for creep in the columns show significantly different levels of total settlement. Due to lack of material data the results from simulations with SSC is deemed incorrect and thus not shown in the abstract. Thereby the results from MoC and CM without creep are deemed most credible even though they may be slightly low since they do not consider creep settlements in the columns. Furthermore, the Concrete Model is considered a good model to simulate settlements including creep in improved clay given that the material properties are carefully selected based on testing of the material. Soft Soil Creep may potentially be suitable for columns according to the calibration given that the different material parameters are investigated for the local conditions. However, CMare favoured. Mohr-Coulomb is deemed as a good model if creep settlements are neglected. With regards to this, the authors believe that creep tests of multicement columns should be considered to create improved preconditions for dimensioning of DCM columns with creep. This to improve the accuracy of design and potentially create cost reductions.

Tese de mestrado integrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Especialização em Geotecnia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

This master thesis deals with a design of a Drevnovice tunnel primary lining at planned high speed rail corridor connecting Brno and Přerov. The whole design as well as defining of the most suitable tunnel excavation method are described. Thesis also contains a breakdown of the excavation, construction technology and the scheduling of geotechnical monitoring procedures. The Plaxis 2D program, based on the finite element method, was used to create numerical models of two cross sections of the Dřevnovice tunnel. Based on mathematical modeling outputs, a static calculation of the primary lining was calculated.

The thesis deals with numerical modeling of reinforced earth wall. The first part of the thesis characterizes and describes these constructions in general and also describes variations of their faces. In the next part the modeling of basic reinforced earth wall construction elements in Plaxis 2D is described. Subsequently the real reinforced earth wall is modeled and some variations of face-modeling are compared.

The subject topic of this thesis is to establish a suitable technique of tunnel construction using New Austrian Tunnelling Method with the help of mathematical modeling. Based on the mathematical modelling output the dimensioning primary moulding model was executed.