The construction of earth walls can be a significant response to prevent the next landslides from reaching the road and avoid accidents. Therefore, a material of the same slope was used and reinforced with mixtures of lime and cement, with this same reinforced material a mechanically stabilized hypothetical earth wall (MSE) was developed. An analysis of the original slope was developed to check if there was a possible failure through its safety factor. Then, a hypothetical wall was developed with a floor reinforced with mixtures, in order to assess its overall safety factor and its maximum landslides. According to the results, in principle it was determined that the dosage M-3 / C-4-4 improves in a range of 30% to 37% the friction angle. In addition, it was found that a reinforced wall, that is to say with Lime and cement additions, presents a better behaviour. In its effect, its displacements are about 8 mm and have a global factor of 1.23.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(地球環境学) / 甲第23352号 / 地環博第210号 / 新制||地環||40(附属図書館) / 京都大学大学院地球環境学舎地球環境学専攻 / (主査)教授 舟川 晋也, 教授 德地 直子, 准教授 渡邉 哲弘 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Global Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

While Andosols have a proven capacity to buffer acid inputs, their long-term chemical response to elevated acid deposition remains poorly known. In this respect, the high anion retention capacity of Andosols constitutes a key parameter. Yet, the mechanisms involved in anion retention, especially sulphate, are still a matter of scientific debate. In this study, we report on the impacts of volcanogenic S and acid depositions on (i) the sulphate distribution and (ii) the processes involved in the neutralisation of the acid inputs, in two distinct soil series located downwind from Masaya volcano (Nicaragua), one of the world's largest natural source of SO2. The first series corresponds to weathered Eutric Andosols rich in allophanic constituents and the second series to weakly developed Vitric Andosols rich in volcanic glass. Long-term acid gas emission by Masaya volcano has led to important changes in the chemistry of the Andosols downwind. Sustained acid inputs have decreased the pH and exchangeable base cations contents in both Vitric and Eutric soils. These soils also show substantial S enrichment (up to 5470 mg S kg-1). However, these changes do not affect the soil acid neutralising capacity of the solid phase (ANCs) in a significant way. Despite the larger ANCs of the Vitric comparatively to the Eutric Andosols, soil pH was less in the Vitric than in the Eutric Andosols. This is related to the naturally and kinetically different mechanisms involved in the regulation of the volcanogenic acid fluxes: mineral weathering (slow kinetics) is the dominant process in Vitric Andosols, whereas cation exchange and sulphate sorption (rapid kinetics) significantly contribute to regulate proton consumption in Eutric Andosols. Formation of basic aluminium sulphate (BAS) [(K,Na)nAlx(OH)y(SO4)z] minerals in soils exposed to volcanogenic S-rich acid inputs was inferred from the results of selective extraction experiments (NH4F, KH2PO4 and oxalate). Precipitation of BAS probably constitutes the most effective inorganic SO42- retention mechanism (9-51% of total S), SO42- adsorption onto soil constituents (1-36% of total S) and occlusion into short-range ordered minerals (0-22% of total S), probably governed by ferrihydrite, constituted additional effective inorganic SO42- retention processes. Using transmission electron microscopy coupled with energy-dispersive analysis, we provide the first direct evidence of BAS minerals in soils. BAS minerals can form in these Andosols, because of the large inputs of H+ and SO2 and the availability of readily weatherable volcanic glass, which acts as an effective source of Al. Surface precipitation, i.e. two-dimensional chemisorption followed by three-dimensional nucleation and precipitation, rather than direct precipitation from solution, is likely the formation pathway of BAS particles in these soils. / Malgré une capacité importante à neutraliser les apports acides, le fonctionnement à long terme des Andosols est aussi susceptible d'être affecté par les dépôts acides. A cet égard, la capacité de rétention anionique élevée des Andosols constitue un paramètre clef. Or, les mécanismes de rétention des anions, en particulier du sulfate, demeurent un sujet controversé.Nous étudions ici les effets de dépôts acides et soufrés d'origine volcanique sur (i) la distribution du sulfate et (ii) les processus impliqués dans la neutralisation des apports acides, dans deux séries d'Andosol contrastées exposées aux émissions du volcan Masaya (Nicaragua), une des principales sources naturelles de SO2 atmosphérique. La première série comprend des Andosols Vitriques possèdant une réserve importante de minéraux altérables de nature vitreuse et la seconde est constituée d'Andosols Eutriques, plus évolués, possèdant des teneurs élevées en minéraux secondaires à organisation cristalline à courte distance. Les émissions prolongées de gaz acides provenant du volcan Masaya modifient fortement la chimie des sols exposés à ces apports. Ainsi, le pH et les teneurs en cations échangeables des Andosols Vitriques et Eutriques diminuent alors que la concentration totale en S augmente (jusqu'à 5470 mg S kg-1) en réponse aux apports d'acides. Par contre, la capacité de la phase solide de ces sols à neutraliser l'acidité (ANCs) n'est pas significativement affectée. Malgré une ANCs plus élevée dans les Andosols Vitriques comparativement aux Andosols Eutriques, le pH de ces sols est plus faible parce que les mécanismes impliqués dans la régulation des flux de protons sont différents: ceux-ci s'opèrent principalement par des réactions lentes d'altération minérale dans les Andosols Vitriques et par des réactions rapides impliquant l'échange ionique et la sorption d'anions sulfates dans les Andosols Eutriques. Sur base d'extractions sélectives (NH4F, KH2PO4 et oxalate), l'immobilisation sous forme de minéraux hydroxy-alumino-sulfatés [(K,Na)nAlx(OH)y(SO4)z] apparaît comme le mécanisme de rétention du SO42- inorganique le plus important (9-51% du S total), l'adsorption du SO42- à la surface de constituants du sol (1-36% du S total) et le piégeage du SO42- (0-22% du S total), vraisemblablement au sein d'oxydes de fer mal cristallisés, constituent également des processus efficaces de rétention du sulfate inorganique. Nous mettons en évidence par observation directe, pour la première fois, la présence de minéraux hydroxy-alumino-sulfatés dans des sols par microscopie électronique à transmission couplée à une sonde analytique EDS. La formation de ces minéraux est elle-même favorisée par l'apport considérable de sulfate d'origine volcanique et l'hydrolyse intense des verres qui libère l'aluminium en solution. La précipitation à la surface des phases adsorbantes plutôt que la précipitation directe en solution semble être le mécanisme de formation des minéraux hydroxy-alumino-sulfatés dans ces sols.

El presente trabajo se enfoca en investigar el comportamiento físico y mecánico de un suelo volcánico. Este ha sido extraído de la progresiva 88 + 100 Km de la carretera Arequipa-Omate-Moquegua. Según la normativa SUCS, el suelo es clasificado como arena pobremente gradada con presencia de limos SP-SM y su clasificación AASHTO es suelo bueno A-1-b. Para la investigación se utilizará cemento y fibra de polipropileno (PPF), estos fueron agregados al suelo natural y se realizó diferentes ensayos para poder comparar el comportamiento entre el suelo natural y el suelo con sus diferentes dosificaciones. (0.25%, 0.75%, 1.00% y 1.25% de fibra de polipropileno y 0.50% cemento, respecto al peso seco del suelo natural). Los resultados obtenidos determinaron que conforme aumenta la dosificación de fibra, la máxima densidad seca del suelo incrementa al máximo en la dosificación de 1.00%. Mientras que la resistencia al corte varía según la presión de confinamiento, es así que en una presión de confinamiento de 1 Kg/cm2 la mejor dosificación es de 1%-1.25%; de 2 Kg/cm2 es 1.25% y de 4 Kg/cm2 es 1.00%. Se concluye que la PPF en porcentajes de 1.00% y 1.25% genera que las resistencias a bajo confinamiento (1 Kg/cm2 y 2 Kg/cm2 ) sean mayores respecto al suelo natural, mientras que las fibras de 1.00% son el porcentaje que demuestran una mejor resistencia a presiones de confinamiento altas (4 Kg/cm2 ). Finalmente, se determinó que la dosificación con 1.00% de fibra y 0.50% de cemento fue la que mejor comportamiento presentó. / This paper focuses on investigating the physical and mechanical behavior of a volcanic soil. This soil has been extracted from the progressive 88 + 100 km of the Arequipa-Omate-Moquegua road. According to the SUCS regulations, the soil is classified as poorly graded sand with the presence of silt SP-SM and its AASHTO classification is good soil A-1-b. For the investigation, cement and polypropylene fiber will be used, these elements will be added to the natural soil and different tests will be carried out to compare the behavior between the natural soil and the soil with their different dosages. (0.25%, 0.75%, 1.00% and 1.25% of polypropylene fiber and 0.50% cement, with respect to the dry weight of the natural soil) The results obtained determined that as the fiber dosage increases the maximum dry density of the soil increases until it reaches a maximum in the dosage of 1.00%. While the shear strength changes according to the confinement pressure, so it is at a confinement pressure of 1 kg / cm2 the best dosage is 1% -1.25%; 2 Kg / cm2 is 1.25% and 4 Kg / cm2 is 1.00%. It is concluded that the polypropylene fiber in percentages of 1.00% and 1.25% in low confinement resistance (1 Kg / cm2 and 2 Kg / cm2) being higher than natural soil, while 1.00% fibers are the percentages that demonstrate better resistance to high confinement pressure (4 kg / cm2). Finally, it was determined that the dosage with 1.00% fiber and 0.50% cement was the best behavior presented. / Tesis

El suelo volcánico de la región de Moquegua en la provincia de Omate es un material de grano mediano, muy frágil y poco denso a su vez; lo cual hace que tenga un mal comportamiento geotécnico. El material proveniente de un talud, se le adicionará conglomerantes como el cemento y la cal para mejorar sus parámetros geotécnicos y evaluar desde un punto de vista más ingenieril. La metodología de esta investigación se inició con los ensayos para caracterizarlos, entre ello se realizó el ensayo de tamizado NTP 339.128 (ASTM D422), el ensayo para determinar el contenido de humedad NTP 339.127 (ASTM D42216); con la finalidad de poder determinar el suelo de estudio. Luego se realizaron ensayos de pH del suelo NTP 339.176 y de compactación Proctor Modificado NTP 339.141 (ASTM D1557), estos se usaron con el propósito de hallar la mejor dosificación de cal para la arena y del Proctor trato de encontrar la máxima densidad seca del suelo para aplicar esa misma densidad en los ensayos de corte. Finalmente, se ensayaron muestras a un Corte Directo NTP 339.171 (ASTM D3080), con la finalidad de obtener los parámetros de ángulo de fricción y cohesión. Las combinaciones de dosificación de cal que se usó para toda la tesis fueron de 4% constante para todas las muestras y de cemento fueron 2%, 4%, 6% y 8%. En suma, se realizaron estos ensayos a 3 y 7 días de curado, con el fin de evaluar el comportamiento y la tendencia de los esfuerzos cortantes a más días. Los resultados más relevantes mostraron que se obtuvieron un aumento de su ángulo de fricción en respecto al suelo natural de 16% para una mezcla de 2% de cemento y 4% de cal, 30% para una mezcla de 4% de cemento y 4% de cal, 28% para una mezcla de 6% de cemento y 4% de cal; y 22.57% para una mezcla de 8% de cemento y 4% de cal; estos resultados son dados para un curado de 3 días. En cambio, para un curado de 7 días se tienen los siguientes resultados de ángulo de fricción respecto al suelo natura de 27% para una mezcla de 2% de cemento y 4% de cal, 37% para una mezcla de 4% de cemento y 4% de cal, 35% para una mezcla de 6% de cemento y 4% de cal; y 29.92% para una mezcla de 8% de cemento y 4% de cal. En cuanto a los esfuerzos de resistencia al corte que se mostraran más adelante, se puede decir que mejoran con respecto al suelo natural, ya sea para un curado de 3 y 7 días. / The volcanic soil of the Moquegua region in the province of Omate is a medium grain material, very fragile and not very dense; which causes him to have a bad geotechnical behavior. The material from a slope will be added with binders such as cement and lime to improve its geotechnical parameters and evaluate from a more engineering point of view. The methodology of this investigation began with the tests to characterize them, among them the NTP 339.128 sieve test (ASTM D422) was performed, the test to determine the NTP 339.127 moisture content (ASTM D42216); in order to determine the study floor. Then, NTP 339.176 soil pH and Modified Proctor NTP 339.141 (ASTM D1557) compaction tests were performed, with the purpose of finding the best lime dosage for the sand and the Proctor trying to find the maximum dry soil density to apply that same density in cutting tests. Finally, samples were tested at a Direct Cut NTP 339.171 (ASTM D3080), in order to obtain the parameters of friction and cohesion angle. The lime dosage combinations that were used for the entire thesis were 4% constant for all samples and cement were 2%, 4%, 6% and 8%. In sum, these trials were performed at 3 and 7 days of cure, in order to evaluate the behavior and tendency of the shear stresses to more days. The results obtained indicate that the friction angle shows an increase in proportion to natural soil of 16% for a mixture of 2% cement and 4% lime, 30% for a mixture of 4% cement and 4 Lime%, 28% for a mixture of 6% cement and 4% lime; and 22.57% for a mixture of 8% cement and 4% lime; These results are given for a 3-day cure. On the other hand, for a 7-day cure, the following friction angle results with respect to the natural soil of 27% for a mixture of 2% cement and 4% lime, 37% for a mixture of 4% cement and 4% lime, 35% for a mixture of 6% cement and 4% lime; and 29.92% for a mixture of 8% cement and 4% lime. / Tesis

[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