Experimental and numerical analysis of short piles under complex loadings

In the last years the monopile foundations are increasingly used all over the world, mainly for the production of sustainable energy. On these foundations the analysis of the pullout resistance is very important. The aim of this thesis work is to experimentally and numerically investigate the behaviour of the monopile foundations when subjected to different loading conditions, with particular attention to the pullout resistance. As far as the experimental part is concerned, at the "Laboratorio Prove Materiali" of Politecnico di Milano, several small-scale tests have been performed on a steel pile both in a granular and a cohesive soil. Five types of tests have been carried out: I) simple pullout tests, II) pure overturning tests III) horizontal cyclic load tests IV) multistage tests, V) radial tests. These last ones are fundamental to represent the interaction domain of the monopile. For the numerical part, a discrete element model has been developed with the PFC3D code to reproduce the simple pullout and some radial tests in sand.

Negli ultimi anni, soprattutto per la produzione di energia rinnovabile, i monopali di fondazione vengono sempre più utilizzati in tutto il mondo. Su queste fondazioni l'analisi della resistenza allo sfilamento risulta essere di fondamentale importanza. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di indagare sperimentalmente e numericamente il comportamento dei monopali di fondazione quando sono soggetti a differenti condizioni di carico, prestando particolare attenzione alla resistenza allo sfilamento. Per quanto concerne la parte sperimentale, presso il "Laboratorio Prove Materiali" del Politecnico di Milano sono state effettuate diverse prove in piccola scala su un palo in acciaio sia in un terreno granulare sia in un terreno coesivo. Le prove in questione si differenziano in cinque tipologie: I) prove di pullout semplice, II) prove di puro ribaltamento, III) prove cicliche orizzontali, IV) prove cicliche verticali, V) prove radiali. Queste ultime risultano essere fondamentali per rappresentare il dominio di interazione del monopalo. Per quanto riguarda la parte numerica è stato sviluppato un modello a elementi discreti con il programma PFC3D per riprodurre la prova di pullout semplice e alcune radiali in sabbia.