Elasto-plastic models for the response of passive rigid piles

The use of piles to stabilise active landslides or to prevent future instabilities has been successfully applied in the past and is nowadays a widely accepted technique. However, while the stabilising piles are usually designed with the aim of reducing the soil displacement rate, the design strategies commonly adopted in engineering practice apply to the ultimate state only, not taking into account any realistic interaction mechanism between pile and soil, and are not capable of predicting the effectiveness of the pile and soil displacement magnitude. The goal of the present investigation is to propose a practical displacement-based numerical methodology for the analysis and design of passive rigid piles in different ground conditions. The developed method considers both a free-head and an unrotated-head rigid pile, embedded in a Winkler type soil and subjected to the sliding of a surrounding soil. The Winkler approach allows to consider a layered soil stratigraphy and to use the horizontal displacement of the surrounding soil as an input to evaluate the associated lateral deflection of the pile as well as the acting shear forces and bending moments in function of the external ground displacement. A FORTRAN computer program has been written to implement the numerical procedure. The proposed method seems to be suitable for being implemented in traditional Limit Equilibrium Methods or more in general in any decoupled approach method. Moreover, non-dimensional design charts have been developed for simplified soil stratigraphies, in which the required shear force offered by the pile is plotted over the sliding surface depth, as a function of the pile head deflection, the maximum bending moment and the external soil displacement.

Paratie di pali passivi sono state adottate con successo nel passato sia come intervento stabilizzante di fenomeni franosi attivi sia al fine di prevenire future instabilità, tanto da essere oggi una tecnica ampiamente accettata nella pratica ingegneristica. Mentre i pali passivi sono generalmente impiegati con lo scopo di ridurre l’entità degli spostamenti del terreno, i criteri di progetto più comunemente utilizzati fanno riferimento alle sole condizioni limite del sistema palo-terreno, non considerando affatto fenomeni di interazione e per questo non risultando adeguati alla valutazione dell’effettivo campo di spostamenti sia dell’opera che del suolo adiacente. Lo scopo della presente ricerca è quello di introdurre una metodologia di calcolo basata sugli spostamenti finalizzata all’analisi ed al progetto di pali passivi rigidi installati in diverse tipologie di terreno. In particolare, il metodo analizza il caso di un palo rigido immorsato in un terreno alla Winkler, sia libero che vincolato in testa. In particolare, il modello di terreno utilizzato permette l’implementazione di diverse stratigrafie di terreno e di considerarne lo spostamento come input di calcolo al fine di stimare la relativa deformazione del palo e le sollecitazioni di taglio e momento agenti sull’asta in funzione dello spostamento raggiunto dal terreno. Un codice di calcolo scritto in linguaggio FORTRAN è stato inoltre sviluppato al fine di svolgere il calcolo numerico. Il metodo proposto risulta implementabile all’interno dei tradizionali metodi all’equilibrio limite o più in generale all’interno di metodi disaccoppiati. Sono inoltre state sviluppate delle abachi progettuali adimensionali per alcune semplici stratigrafie di terreno, nelle quali lo sforzo di taglio sulla superficie di scorrimento offerto dal palo è diagrammato, rispetto alla posizione della superficie stessa, in relazione al massimo momento flettente agente su di esso ed agli spostamenti del suolo e della testa del palo.