[en] Driven piles in granular soils gain shaft capacity after installation in a phenomenon known as "pile set-up". Set-up effects in sand have not been incorporated into design procedures largely because the underlying mechanisms are not well understood. This thesis reports a micromechanical investigation of pile set-up effect in sand using a newly developed fracture-based DEM model for simulating time-dependent behaviour in sand. Creep and stress relaxation around the pile have been widely discussed as possible underlying mechanism for pile set-up effect. Following the idea that creep and stress relaxation in sands are frequently accompanied by grain breakage, a new model based on the discrete-element method (DEM) to simulate creep/stress relaxation in sands was proposed. The model aims for conceptual simplicity, computational efficiency and ease of calibration. To this end a new form of normalized Charles power law is incorporated into a DEM model for rough crushable sands based on the particle splitting technique. The creep/stress relaxation time is advanced using an off-DEM ageing strategy. The model is validated by simulating creep/stress relaxation in quartz sands in oedometric and triaxial conditions. Model predictions are shown to compare favourably with experimental creep results in terms of creep strain, creep strain rates and particle breakage/GSD evolution, and with experimental stress relaxation results in terms of relaxed stress, stress relaxation rate, and GSD evolution. The fracture-based DEM model was then implemented to a centrifuge DEM chamber to simulated pile creep and pile set-up. Simulated pile creep settlements agree with observations in terms of pile creep parameter m and pile creep rate. Simulated pile set-up falls into the range of field observations for jacked piles. The results obtained indicate that particle breakage may play a significant role in set-up and represent the first validated modelling attempt of this complex phenomenon. To gain familiarity with DEM modelling of penetration problems, a DEM based CPT and SPT simulation on a volcanic sand was also conducted, using a virtual calibration chamber (VCC). The simulated CPT results are shown to capture well experiments from the literature over a range of density and confining stress. A good correlation between the energy-based equivalent SPT tip resistance with the CPT tip resistance can be observed if shaft resistance effects are discounted. SPT driven scheme may be used for simulating pile driven in the future study once proper driven parameters are determined.

[es] Los pilotes hincados en suelos granulares ganan capacidad de fuste después de la instalación en un fenómeno conocido como "maduración". La maduración no se ha incorporado a los procedimientos de diseño en gran medida porque los mecanismos subyacentes no se entienden bien. Esta tesis describe una investigación micromecánica del efecto del montaje de pilotes en arena utilizando un modelo DEM basado en fracturas recientemente desarrollado para simular el comportamiento dependiente del tiempo en arena. La fluencia y la relajación de la tensión alrededor del pilote han sido ampliamente discutidas como posibles mecanismos subyacentes para el efecto de maduración del fuste. Siguiendo la idea de que la fluencia y la relajación de la tensión en arenas suelen ir acompañadas de rotura de granos, se propone un nuevo modelo basado en el método de elementos discretos (DEM) para simular fluencia y relajación en arenas. El modelo apunta a la simplicidad conceptual, la eficiencia computacional y la facilidad de calibración. Con este fin, se incorpora una nueva forma de ley de potencia de Charles normalizada en un modelo DEM para arenas fragmentables rugosas basado en la técnica de división de partículas. El tiempo de fluencia/relajación de la tensión se adelanta utilizando una estrategia de envejecimiento fuera de DEM. El modelo se valida simulando la fluencia/relajación de la tensión en arenas de cuarzo en condiciones edométricas y triaxiales. Se demuestra que las predicciones del modelo se comparan favorablemente con los resultados experimentales de fluencia en términos de deformación por fluencia, tasas de deformación por fluencia y evolución de rotura de partículas/GSD, y con los resultados experimentales de relajación de la tensión en términos de tensión relajada, tasa de relajación de la tensión y evolución de GSD. Posterioremente, el modelo DEM de fractura diferida se implementó en una cámara DEM centrífuga para simular la fluencia y la maduración de pilotes. Los asentamientos simulados de fluencia de pilotes coinciden con las observaciones en términos del parámetro de fluencia de pilotes m y la tasa de fluencia de pilotes. La maduración simulada en pilotes hincados caen dentro del rango de observaciones de campo para este tipo de pilotes. Los resultados obtenidos indican que la rotura de partículas puede desempeñar un papel importante en el montaje y representan el primer intento de modelado validado de este fenómeno complejo. Para familiarizarse con el modelado DEM de problemas de penetración, también se llevó a cabo una simulación CPT y SPT basada en DEM en una arena volcánica, utilizando una cámara de calibración virtual (VCC). Los resultados simulados del CPT reflejan bien los experimentos de la literatura sobre un rango de densidad y tensión de confinamiento. Se puede observar una buena correlación entre la resistencia de la punta del SPT equivalente basada en energía y la resistencia de la punta del CPT si se descuentan los efectos de la resistencia del eje. El esquema de avance del SPT se puede utilizar para simular el del pilotaje en futuros estudios una vez que se determinen los parámetros de hinca adecuados.