Finite element analysis of the pre failure behaviour of a full scale embankment on organic soils

In deltaic zones as in the Netherlands, the presence of organic soils is very common and implies important challenges in the design of geotechnical projects such as embankment construction for flood protection, due to the high deformation of these types of soils. Performing a full-scale test embankment on organic soils is a great technical and economical challenge, which allows a better understanding of the particular soil behavior. In the present MSc project, the pre-failure behaviour of "The EEMDIJK full-scale failure test" is analyzed with the aim of replicating the construction phases by using a finite element model developed in the FEM commercial software Abaqus. Since the dike is subdivided into two sides, namely "green dike" (GD) and "blue dike" (BD) which refers to the first as highly overconsolidated and the second as slightly overconsolidated respectively, therefore, two models are implemented in which the evolution of strains, stresses, displacements, and pore pressures is addressed and compared to the instrumentation measurements performed during the monitoring of the full-scale test dikes construction. The analysis is conducted adopting commonly used constitutive models such as Mohr-Coulomb and Modified Cam Clay for the soil layers in the area. Once calibrated the soil model parameters, the FEM analysis is carried out by replicating the construction and loading stages. The results for settlements and excess pore water pressure dissipation are in good agreement with the monitoring measurements. However, the calculated lateral displacements are far from their measurement on site. The results of the analysis of this case confirm that advanced constitutive models are mandatory to accurately reproduce and predict the fully coupled hydro-mechanical response of soft organic soil under complex loading paths.

Nelle zone deltaiche come i Paesi Bassi, la presenza di terreni organici in superficie è molto commune. Su questi terreni, la progettazione e la costruzione di rilevati, quali argini per la protezione idraulica, è particolarmente complessa a causa della loro elevate compressibilità. In questo contesto, prove fisiche in vera grandezza sono tecnicamente ed economicamente impegnative, ma rivestono particolare valore per migliorare la modellazione del comportamento delle opere geotecniche. In questo lavoro, si presenta la simulazione numerica di una prova in vera grandezza su un rilevato, l’ EEMDIJK, replicandone le fasi di costruzione e carico con un modello a elementi finiti implementato nella piattaforma di calcolo ABAQUS. Due modelli sono stati sviluppati in parallelo chiamati "diga verde" e "diga blu" che si riferiscono rispettivamente al primo altamente sovraconsolidato e al secondo leggermente sovraconsolidato. L’evoluzione di sforzi, deformazioni, spostamenti e pressioni in eccesso calcolata dal modello è stata confrontata con I dati del monitoraggio in sito. L’analisi è stata condotta usando modelli costitutivi convenzionalmente impiegati nella pratica progettuale per questa tipologia di opera. Dopo avere calibrato I modelli costitutivi impiegati sullo set di prove a disposizione, le diverse fasi di costruzione e carico sono state riprodotte adottando lo schema temporale impiegato in sito. I risultati mostrano che le variazioni di pressione e I cedimenti possono essere ben riprodotti dal modello numeric. Tuttavia, la previsione degli spostamenti orizzontali rimane alquanto lontana dale corrispondenti misure. I risultati della simulazione numerica di questo rilevato confermano che modelli avanzati di comportamento si rendono necessari se si vuole cogliere e predirre con accuratezza la risposta accoppiata idro-meccanica di opere di ingegneria geotecnica su terreni organici soffici sotto sollecitazioni complesse.