There are approximately 20 000 small dams in the Czech Republic. This number entails many ponds or small flood attenuation reservoirs, which provide protection against floods. We do not know much about the structure and material properties of these earth dikes. Concerning the small dam stability the current technical standard ČSN 75 2410 focuses foremost on the angle of both the upstream and downstream slopes in case of different materials, and the method of the stability assessment in case of a dam height being 6m or more. Most of these earth dikes are still standing in spite not being built according to any technical standards. They do not follow any standards mostly because they were built before the modern technical standards were published. This diploma thesis focuses on assigning the degree of a reserve in the safety factor for studies of 5 homogeneous earth dikes and 3 inhomogeneous earth dikes. The calculation was done using the Plaxis 2D software using to the shear strength reduction method. The Calculation of the safety degree is made for 4 typical load cases.

Applicering av överlast på kalkcementförstärkta jordar är ofta förekommande idag, forskning indikerar dock på att överlasten här, inte ger samma effekt som på oförstärkta jordar. Med grund i uppmätta värden i fält, visas i denna rapport, sättningsdifferenser mellan att använda överlast jämfört med att endast applicera brukslast. Resultat av analyserna visar på sättningsbeteende observerat i fält. Om erforderlig liggtid för brukslast finns, uppstår endast små sättningsdifferenser mellan att använda överlast eller inte. Genom att utföra sensitivitetsanalys i FEM- programvaran PLAXIS studeras kryputvecklingen i den förstärkta jorden. Effekten av att applicera en överlast visas för krypsättningar över lång tid. Inget resultat från de numeriska FEM- analyserna visade att märkbart gynnsam effekt uppstår på grund av överlastens applicering, med avseende på krypsättningar. De numeriska analyserna utförs i 2 och 3 dimensioner för att belysa effekt av förenkling av ett lastfall som inte uppfyller krav för oförstärkta jordar i plant töjningstillstånd. Utöver detta ges efter en litteraturstudie, förslag på hur vissa indataparametrar kan utvärderas från empiriska relationer. Indataparametrar som ligger till grund för analyserna är utvärderade från sonderingsresultat i kombination med värden från laborationsförsök och empiriska data.

The need of exploring efficient solutions to today’s engineering problems is becoming essential in the current market development. Soil Steel composite bridges (SSCB) are considered well competitive in terms of their feasibility and constructability. The primary objective of this study is to provide a comprehensive comparison study for two known design methods of SSCB, which are the Pettersson-Sundquist design method (developed in Sweden) and the Klöppel & Glock design method (developed in Germany). Moreover, in the goal of having better behaviour understanding for SSCBs, the study also include finite element modelling (FEM) using PLAXIS 2D of three case studies and compare model results with field measurements.   The design comparison deals with the design concepts, assumptions and limitations for both design methods, where full design procedures are implemented and compared for a defined case study.   The results of the FEM analysis show rational outcome to the field measurements for structural response during backfilling and close results for ordinary loading as well. While the design comparison shows how the different approach in both design methods in limitations and design assumptions has important impact on the results, where soil failure in the Klöppel & Glock design method can be controlling the design for low heights of cover, whereas formation of crown plastic hinge is more controlling in the Pettersson-Sundquist design method. However, and in general, the Pettersson-Sundquist design method require more steel in low heights of cover while it is less demanding for higher soil covers compared to the Klöppel & Glock design method.

A soil-steel composite bridge is a structure comprised of corrugated steel plates, which are joined with bolted connections, enclosed in friction soil material on both sides and on the top. The surrounding friction soil material, or backfill, is applied in sequential steps, each step involving compaction of the soil, which is a necessity for the construction to accumulate the required bearing capacity. Soil-steel composite bridges are an attractive option as compared with other more customary bridge types, owing to the lower construction time and building cost involved. This is particularly true in cases where gaps in the form of minor watercourses, roads or railways must be bridged. The objective of this master thesis is the modelling of an existing soil-steel composite railway bridge in Märsta, Sweden with the finite element software Plaxis. A 3D model is created and calibrated for crown deflection against measurement data collected by the Division of Structural Engineering and Bridges of the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm, Sweden. Once the 3D model is calibrated for deflection, two 2D models with different properties are created in much the same way. In model 1, the full axle load is used and the soil stiffness varied, and in model 2 the soil stiffness acquired in the 3D model is used and the external load varied. The results are compared to measurement data. In 2D model 1 an efficient width of 1,46 m for the soil stiffness is used in combination with the full axle load, and in 2D model 2 an efficient width of 2,85 m is used for the external load, in combination with the soil stiffness acquired in the 3D model. Aside from this, parametric studies are performed in order to analyse the effect of certain input parameters upon output results, and in order to analyse influence line lengths. Recreating the accelerations and stresses in the existing bridge using finite element models is complicated, and the results reflect this. Below are shown the discrepancies between model results and measurement data for the pipe crown. The scatter in the measurement data has not been taken into consideration for this; these specific numbers are valid only for one particular train passage. For crown deflection, the 3D model shows a discrepancy of 4%, 2D model 1 5% and 2D model 2 8% compared with measurement data. For crown acceleration, in the same order, the discrepancy with measurements is 1%, 71% and 21% for maximum acceleration, and 46%, 35% and 28% for minimum acceleration. For maximum crown tensile stress, the discrepancy is 95%, 263% and 13%. For maximum crown compressive stress, the discrepancy is 70%, 16% and 46%.

Föreliggande studie omfattar en jämförelse mellan sättningsberäkningar med datorprogrammen FEM Design 11 (senast kommersiella versionen) och FEM Design 12 (betaversion under utveckling). I FEM Design 11 modelleras jorden med fjädrar som ges egenskaper motsvarande bäddmoduler, vilka inte på ett helt rättvisande sätt kan spegla jordens komplexa respons vid belastning. Fjädrar kan t.ex. inte överföra skjuvkrafter mellan varandra, vilket får till följd att de enskilda fjädrarnas respons vid belastning är oberoende av varandra. Vid analys av en byggnads sättningar, med ett datorprogram där endast fjädrar (bäddmoduler) används för att beskriva jordens deformationsegenskaper, kan således en helt korrekt bild över jordens verkliga beteende inte återspeglas.I FEM Design 12 kan jorden även modelleras med volymelement, vars egenskaper modelleras enligt kontinuumsmekanik. Härvid kan hänsyn tas till jord utanför konstruktionen. Detta beror på att volymelement för jorden inte är beroende av att kopplas mot ett konstruktionselement, t.ex. en bottenplatta.Syftet med föreliggande examensarbete är att jämföra resultatet från sättningsberäkningar med datorprogrammen FEM Design 11 och FEM Design 12. Detta för att kunna påvisa fördelarna med att modellera jord med volymelement jämfört med att modellera jordens deformationsegenskaper med fjädrar (bäddmoduler). Vidare analyseras vilka fördelar som kan uppnås med ett beräkningsverktyg där såväl byggnads- som geokonstruktioner kan modelleras tillsammans jämfört med nuvarande förhärskande metodik, att modellera geokonstruktioner för sig i ett datorprogram och byggnadskonstruktioner för sig i ett annat datorprogram med nödvändigheten att manuellt flytta information däremellan. Slutligen ämnar författarna söka svar på i vilken utsträckning detta kan gynna framtida projekt.Modellen kommer att byggas upp i FEM Design 11 där jorden modelleras med fjädrar, vars egenskaper beskrivs med bäddmoduler, i diskreta punkter. Vidare kommer modellen att öppnas upp i FEM Design 12 där bäddmodulerna raderas och ersättas med en jordvolym. Resultaten av dessa bägge sättningsberäkningar, kommer sedan att jämföras. Resultaten kommer även att jämföras med motsvarande beräkningar med PLAXIS för att verifiera att beteendet hos jorden har kunnat beskrivas på ett rättvisande sätt. Resultat erhållen ur Projekt X visar att sättningarna är större, både till storlek och fördelning, vid modellering med volymelement. Med denna studie har det även påvisats att en kontinuerlig spänningsfördelning tillåts vid modellering med volymelement, vilket inte är möjligt vid modellering med bäddmoduler. / This study is meant to make a comparison between settling calculations in FEM Design 11 (latest commercial version) and FEM Design 12 (beta version in development). In FEM Design 11, the soil can only be modeled with springs, which does not reflect the real behavior of the soil. Another drawback of modeling with springs is that they cannot transfer shear forces between each other, that is to say that the responsiveness of the springs is independent of each other.In FEM Design 12, soil can also be modeled with volume elements based on continuum mechanics. In this regard, the soil around the plate it taken into account when it is modeled as a construction material (volume element).This paper is to provide answers about if the benefit of modeling the soil with volume element is large enough compared to models with springs. It also analyzes which benefits that can be achieved by this. Finally, the authors intend to seek answers as to whether this can benefit future projects in whole.The model will be built in FEM Design 11 where the soil is modeled with springs, whose properties are described with bedding modules, in discreet points. Furthermore, the model will be opened up in FEM Design 12 where the springs are replaced with volume elements. Results of the settling calculations will then be compared. The results will also be compared with the PLAXIS model to get a confirmation that the soil behaves fairly. Result obtained from Project X shows that the settlements are bigger, both in size and distribution, when modeling with volume elements. With this study, it has also been demonstrated that a continuous voltage distribution allows the modeling of volume elements, which is not possible when modeling with bed modules.

The subject of the diploma thesis is the stress analysis of the circular and elliptical shaft from material jet grouting. A new advanced constitutive Shotcrete model will be applied on the material jet grouting. In the thesis, the shaft tensile strength factor and the size of the ground pressures will be primarily examined. The practical part of the diploma thesis is completed by the comparison of the analytical and numerical calculation of the normal force of the circular and elliptical shafts.

This thesis deals with numerical 3D modeling of reinforced earth block under concentrated wheel load. This is a parametric study, which varies entering face and load position and even his own task. And either by simplification of the CSN 73 0037 or directly. At the beginning briefly describes the construction of reinforced soil in terms of history, application, construction, and properties of materials from which the structure is formed. Attention is also paid to static action and methods of spreading of a concentrated load to earth block. structural design using analytical methods is also part of the thesis

Under hösten 2019 har Vattenfall Research & Development byggt en experimentell jordfyllningsdamm i Älvkarleby med dimensionerna 20x15x4 meter. Delar av experimentdammen är konventionellt konstruerade och har installerats med geoteknisk utrustning som utgörs av bland annat inklinometrar och portrycksgivare. Andra delar av experimentdammen har byggts in med defekter som ska representera åldersrelaterade skador eller utförandefel vid konstruktion. Experimentdammen ger möjlighet att under realistiska och kontrollerade förhållanden studera det mekaniska beteendet i samband med fyllning av vatten och vidare drift med hjälp av den geotekniska instrumenteringen samt med stöd av numerisk modellering. I detta examensarbete, som utgör en del av Luleå tekniska universitets forskningsprojekt mot experimentdammen, har experimentdammens beteende i form av deformationer och portryck studerats under uppfyllnad och drift fram till sommaren 2021. Detta har utförts genom simuleringar i det finita elementprogrammet PLAXIS 2D 2019 för en tvärsektion av experimentdammen i plant-deformationstillstånd. Mätpunkterna i modellen har baserats på faktisk placering av den geotekniska instrumenteringen. Den finita elementmodellen av experimentdammen har konstruerats och fyllts med vatten enligt dokumentation från fält. En flödes-deformationsanalys, med den konstitutiva modellen Hardening Soil och den hydrauliska modellen van Genuchten, har tillämpats för att modellera den simultana utvecklingen av portryck och deformationer under uppfyllnad. Materialparametervärden för den finita elementmodelleringen har erhållits från Vattenfall R&D, relevant litteratur och från fält- och laboratorieförsök. I fält har vattenvolymeterförsök utförts på tätkärnan och i laboratoriemiljö har modifierad proctorpackning, dränerade konventionella triaxialförsök, permeabilitetsförsök och övertryckskapillarimeterförsök utförts på tätkärnans material. Resultatet från övertryckskapillarimeterförsök har anpassats mot den hydrauliska modellen van Genuchten för att uppskatta en vattenbindningskurva som beskriver det icke-linjära förhållandet mellan jordens vatteninnehåll och porundertryck, det vill säga det omättade förhållandet. Vattenbindningskurvor för övriga materialzoner har uppskattats baserat på litteratur. Verktyget PLAXIS SoilTest har använts för att optimera materialparametervärden för tätkärnan mot resultat från utförda triaxialförsök. Materialparametrarna E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, och ϕ har optimerats fram till brott i triaxial belastning. En känslighetsanalys har utförts för reduktion av filterzonernas och stödfyllningens styvhetsmoduler och deras inverkan på horisontella deformationer i dammkroppen under uppfyllnad. Känslighetsanalysen indikerar att finfiltrets styvhetsmoduler har störst inverkan och grovfiltrets styvhetsmoduler har minst inverkan på de horisontella deformationerna. Studiens resultat visar att magnituden av horisontella och vertikala deformationer kommer vara som störst i den övre delen av dammkroppen och uppgår där till 3,5 respektive 4,0 mm. Dammkroppens huvudsakliga rörelse kommer vara i nedströms riktning och det observerades hur en kontaktzon mellan uppströms filterzon och tätkärnan utgör en gräns för riktning av deformationer. Faktiskt uppmätta rörelser i installerade inklinometrar kunde inte jämföras mot deformationer i den finita elementmodellen eftersom författarens tolkning indikerar på att botten av inklinometrarna har rört på sig, och mätpunkterna i botten av modellen är fixerade. Modellen visar hur en fördröjd utveckling av vattenmättnad sker genom tätkärnan, där uppströms sida av tätkärnan reagerar snabbare på förändringar i vattennivå jämfört med nedströms sida av tätkärnan som uppvisar en fördröjd respons. Vid en sänkning av vattennivån observerades hur tätkärnan håller kvar vatten ovan portryckslinjen medan de grövre materialen dränerar i takt med vattennivåns sänkning. Utvecklingen av de simulerade portrycken i modellen under uppfyllnad och drift överensstämmer bra med de uppmätta portrycken i experimentdammen, när portrycken är positiva. Det observeras hur den finita elementmodellen överskattar negativa portryck (porundertryck). Portrycken i modellen når ett stadigt tillstånd ungefär 115 dagar efter att fyllningen av vatten påbörjats. Den finita elementmodellen lyckas att återge det teoretiska beteendet av jordfyllningsdammar under fyllning i form av huvudsakliga riktningar av deformationer och utveckling av vattenmättnad i tätkärnan. Denna studie bidrar till en djupare förståelse för experimentdammens, och i allmänhet jordfyllningsdammars, mekaniska beteende under uppfyllnad. Resultaten från den finita elementmodellen kan ur ett dammsäkerhetsperspektiv användas för erhålla indikationer på utvecklingen av deformationer, portryck och vattenmättnadsgrad i jordfyllningsdammar under uppfyllnad, och även under en tillfällig sänkning av vattennivån under den första fyllningen. Studien ger också indikationer på vilka materialparametrar som är viktiga vid numerisk modellering av mekaniskt beteende i jordfyllningsdammar. / During the autumn of 2019, Vattenfall Research & Development constructed an experimental embankment dam in Älvkarleby with the dimensions 20x15x4 metres. Parts of the experimental dam are conventionally constructed and have been equipped with geotechnical instrumentation which consist of, among other things, inclinometers and pore pressure transducers. Other parts of the experimental dam have built in defects to represent age-related damages or execution errors during construction. The experimental embankment dam provides the opportunity to, under realistic and controlled conditions, study the mechanical behaviour during filling of water and operation by means of the geotechnical instrumentation and the use of numerical modelling. In this master’s thesis, which forms part of Luleå University of Technology’s research project towards the experimental dam, the behaviour of the experimental dam in terms of deformations and pore pressures have been studied during filling and operation until the summer of 2021. This has been performed by simulations in the finite element program PLAXIS 2D 2019 for a cross section of the experimental dam under plane-strain conditions. Measuring points in the model have been based on the actual location of the geotechnical instrumentation. The finite element model of the experimental dam has been constructed and filled according to documentation from field. A fully-coupled flow deformation analysis, with the constitutive model Hardening Soil and hydraulic model van Genuchten, has been utilised to model the simultaneous development of pore pressure and deformations during filling. Values of material parameters for the finite element modelling have been received from Vattenfall R&D, relevant literature and from field- and laboratory tests. In the field, balloon tests have been performed on the core material. In laboratory environment, modified proctor compaction tests, drained conventional triaxial tests, permeability tests and pressure plate tests have been performed on the core material. Results from the pressure plate tests have been adapted to the hydraulic model van Genuchten to estimate a soil-water characteristic curve in order to describe the non-linear relation between the water content and suction in the soil, i.e. unsaturated conditions. Soil-water characteristic curves for the other material zones have been estimated based on literature. The tool PLAXIS SoilTest has been used to optimise material parameter values of the core against the results from conducted triaxial tests. The material parameters E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, and ϕ have been optimised until failure in triaxial loading. A sensitivity analysis has been carried out, by reducing stiffness moduli of the filter zones and the shoulder material, to investigate the influence on horizontal deformations in the dam body during filling. The sensitivity analysis indicates that the stiffness moduli of the fine filter have the largest impact and the stiffness moduli of the coarse filter have the least impact on the horizontal deformations. The results of the study show that the magnitude of horizontal and vertical deformations will be largest in the upper part of the dam body and amounts to 3.5 and 4.0 mm, respectively. The main movement of the dam body will be in the downstream direction and it was observed how a contact zone between the upstream filter zone and the core forms a boundary for direction of deformations. Actual measured movements in the installed inclinometers could not be compared to deformations in the finite element model because the author’s interpretation indicates that the bottom of the inclinometers have moved, and the measuring points at the bottom of the model are fixed. The model shows how a delayed development of saturation occur through the core, where the upstream side of the core responds more quickly to changes in water level compared with the downstream side of the core which show a delayed response. At a lowering of the water level, it was observed how the core retains water above the phreatic line while the coarser materials drain as the water level decreases. Development of the simulated pore pressures in the model during filling and operation corresponds well with the measured pore pressures in the experimental dam, when the pore pressures are positive. It is observed how the finite element model overestimates negative pore pressures (suction). The pore pressures in the model reaches a steady state approximately 115 days after filling of water started. The finite element model succeeds in reproducing the theoretical behaviour of embankment dams during filling in terms of main directions of deformations and development of saturation in the core. This study contributes to a deeper understanding of the experimental dam, and in general mechanical behaviour of embankment dams during filling. The results from the finite element model can be used from a dam safety perspective to obtain indications on the development of deformations, pore pressures and degree of saturation in embankment dams during filling, and also for a temporary lowering of the water level during the first filling. The study also provides indications of which material parameters that are of importance in numerical modelling of mechanical behaviour in embankment dams.

The subject of the presented thesis is a foundation pit dewatering numerical analysis. The study is introduced with practical examples and the summary of the necessary theory. Individual subtasks are modeled as two or three-dimensional problem on a chosen foundation pit example. A comparison with analytical methods and theoretical knowledge about the problem is made. The studies focus on specifying the pumped water quantity, the shape of the depression curve, determining the size of the numerical model and the influence of the finite element network density. The steady-state flow cases, water table aquifer, a well system, sheet pile wall cutoff effect, surface drained pit and partial penetration cases are analyzed. The work proposes a method of modeling a well by FEM. The main output is a 3D analysis of a submerged excavation dewatered with a partially penetrated well system.

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal, evaluar el comportamiento mecánico de un suelo arcilloso de la localidad de Pacaisapa – Ayacucho utilizando residuos industriales como el caucho molido, proveniente de llantas reciclada, tiras de plástico reciclado y ceniza de cáscara de arroz aplicado estás mezclas en un muro de tierra hipotético estabilizado mecánicamente (MSE). La metodología de esta investigación consistió en realizar ensayos de corte directo NTP-339.171 y ensayos de compresión no confinada NTP-339.167 con la finalidad de obtener los parámetros de cohesión, ángulo de fricción y módulo de elasticidad del suelo. Los mismos que se utilizarán para evaluar el comportamiento de estás mezclas en el muro hipotético y modelado en el software Plaxis 8.2 haciendo uso del modelo constitutivo Mohr-Coulomb. Las combinaciones que se utilizaron fueron 30% ceniza de cáscara de arroz, 2% de PET y 10% de caucho. Los resultados obtenidos indicaron que la cohesión mejora en un 41.89% con la adición de un 30% de ceniza de cáscara de arroz y en 21.58% con la adición de 2% de tiras de plástico reciclado respecto al suelo S100, mejora el módulo de elasticidad cuando de agrega 2% de tiras de plástico en 28.78% y cuando se agrega 30% de ceniza de cáscara de arroz (CCA) mejora en 4.8% respecto al suelo puro. Además, los desplazamientos horizontales de la cara vertical del muro disminuyen al utilizar la mezcla 1 – S70CC30 y la mezcla 3 - S98P2, respecto al suelo S100. En base a lo que permite concluir que la adición de PET y CCA sí mejora el comportamiento mecánico del suelo y es posible optimizar la separación entre los geosintéticos. / The main objective of this research was to evaluate the mechanical behavior of a clay soil in the town of Pacaisapa - Ayacucho using industrial waste such as ground rubber from recycled tires, recycled plastic strips and rice husk ash applied to these mixtures in a mechanically stabilized hypothetical earth wall (MSE). The methodology of this investigation consisted in performing direct cutting tests NTP-339.171 and unconfined compression tests NTP-339.167 in order to obtain the parameters of cohesion, friction angle and young modulus of elasticity of the soil. The same ones that will be used to evaluate the behavior of these mixtures in the hypothetical wall and modeled in the Plaxis 8.2 software making use of the Mohr-Coulomb constitutive model. The combinations that were used were 30% rice husk ash, 2% PET and 10% rubber. The obtained results indicated that the cohesion improves in a 41.89% with the addition of 30% of rice husk ash and in 21.58% with the addition of 2% of recycled plastic strips with respect to the S100 soil, improves the modulus of elasticity when it adds 2% of plastic strips in 28.78% and when 30% of rice husk ash (CCA) is added it improves in 4.8% with respect to the pure soil. In addition, the horizontal displacements of the vertical face of the wall decrease when using the mixture 1 - S70CC30 and the mixture 3 - S98P2, with respect to the floor S100. Based on what allows concluding that the addition of PET and CCA does improve the mechanical behavior of the soil and it is possible to optimize the separation between the geosynthetics. / Tesis