Micromechanical investigation of grouting in soils

Grouting and jet grouting are geotechnical consolidation techniques commonly employed to improve the mechanical behaviour of soils. Although these techniques are common, the micromechanical processes taking place at the local level are not yet quantitatively and qualitatively understood and hence rightly modelled. In this work, such a problem has been approached from a micromechanical perspective by considering the local interaction between soil grains and pseudo-fluid particles via the discrete element method. Following the generation of stable and homogeneous representative volume elements of untreated silica sand, a pseudo-fluid phase has been reproduced by means of small rigid frictionless particles. Regarding the injection problem of this pseudo-fluid inside a sand sample, parametric analyses considering various injection and sand pressures, soil densities and boundary conditions have been performed highlighting the different bulb shapes, stresses increase and porosity reduction distributions or average and differential heaves derived. Interesting implementations of cell repetition method at two different steps, initialization phase and injection one, have been adopted to overcome the DEM computational restrictions and to speed up the process. At the end a qualitative laboratory-scale test reproduction has been carried out.

Grouting e jet-grouting sono tecniche di consolidamento geotecnico comunemente utilizzate per migliorare il comportamento meccanico dei terreni. Sebbene queste tecniche siano comuni, i processi micromeccanici che hanno luogo a livello locale non sono ancora quantitativamente e qualitativamente studiati e quindi correttamente modellati. In questo progetto di tesi, tale problema è stato analizzato da un punto di vista micromeccanico considerando l'interazione locale tra i grani di terreno e le particelle pseudo-fluide attraverso il metodo degli elementi discreti. In seguito alla generazione di elementi di volume rappresentativi stabili e omogenei di sabbia silicea non trattata, una fase pseudo-fluida è stata riprodotta per mezzo di piccole particelle rigide e senza attrito. Per quanto riguarda il problema di iniezione di questo pseudo-fluido all'interno dei campioni di sabbia, analisi parametriche, che prendono in considerazione varie pressioni sia di iniezione sia iniziali della sabbia, densità di quest'ultima e condizioni al contorno, sono state eseguite evidenziando le diverse forme di bulbo, distribuzioni di aumento degli sforzi e riduzione della porosità o innalzamenti medi e differenziali derivanti. Interessanti implementazioni del metodo di replicazione di celle periodiche in due fasi diverse, sia di inizializzazione sia di iniezione, sono state adottate per superare le restrizioni computazionali e accelerare così il processo. Alla fine è stata effettuata una riproduzione qualitativa di un test di laboratorio per validare i risultati.