Experimental and numerical analysis of the mechanical response of rigid piles subjected to tensile loads

Monopile foundations are widely used in offshore and inshore engineering. These foundations are characterized by a low slenderness ratio. The aim of the present Master thesis work is to investigate the behaviour of these structures when subjected to tensile and lateral cyclic loads. In particular, a small-scale laboratory model of a steel monopile foundation in dry sand was developed, and three different kinds of test were performed: simple pullout tests, pullout after lateral cyclic load tests and radial tests. The variation of pullout resistance and lateral displacements were investigated for different horizontal load history (load amplitude and number of cycles) and different soil conditions (loose and dense sand). The results of the radial tests have been exploited to draw an interaction domain for monopiles. Finally, a Finite Element model was developed to reproduce pile behaviour along tensile and lateral loadings path.

I monopali di fondazione sono strutture ampliamente utilizzate nell’ ingegneria off-shore e in-shore e sono caratterizzate da un basso rapporto di snellezza. Lo scopo di questo lavoro di tesi magistrale è lo studio del comportamento di queste fondazioni quando sono soggette a cicli di carico orizzontale e a forze di trazione. In particolare, è stato sviluppato un modello di laboratorio in piccola scala di un monopalo in acciaio su sabbia e sono state svolte tre tipi di prove: prove di pullout semplice, prove di pullout dopo cicli di carico orizzontale e prove radiali. Sono state studiate le variazioni della resistenza allo sfilamento e degli spostamenti orizzontali, cambiando la storia di carico orizzontale (ampiezza della forza e numero di cicli) e le condizioni del terreno (sabbia sciolta e densa). Poi, grazie ai risultati dei test radiali è stato tracciato il dominio di interazione del monopalo. Infine, è stato sviluppato un modello agli Elementi Finiti per riprodurre la prova di pullout semplice e le prove di carico laterale.