Numerical investigation of a base reinforced piled embankment solution on inclined bearing layer

The work addresses a viable solution for a railway track located on a very soft deposit made of mine tailing. For such soft soil deposits base reinforced piled embankments are common solution, since are able to transfer the load of the structure to stiff bearing layers. However, in the case analysed, the geological investigation showed a dipping bearing layer whose inclination could not be fully identified. Yet, for these conditions, the corresponding soil-structure interaction might not be completely defined, leading to potential uncertainties in terms of structure performance. Given this uncertainty, the design of the structure on end-bearing and floating piles was analysed in detail including a sensitivity analysis on variable, though reasonable, inclinations of the bearing layer. Only drained conditions were considered, as the site investigation had not detected a water table over the depth of interest. Based on the results of 3D numerical simulations, the postulated behaviour of the system is that first piles close to the bearing layer tend to provide the resistance to applied loads while the piles over a higher thickness of soft soil require settlement development to provide resistance, As a consequence, rotation of the embankment is observed. Ultimate limit state (failure) was never reached, and serviceability limit states is more likely to govern the design specifications. As the result of the complex soil-structure interaction investigation, design recommendations are provided.

Il lavoro affronta lo studio di una soluzione progettuale per una linea ferroviaria da costruire su un deposito estrememanete soffice costituito da residui di attività mineraria. In queste condizioni, una scelta comune è la costruzione di rilevati su pali, che trasferiscano i carichi a un substrato portante in profondità. Tuttavia, nel caso analizzato, l’indagine geologica aveva evidenziato un substrato portante inclinato, ma senza chiarire quale ne fosse l’inclinazione effettiva. Per una simile situazione, la complessa interazione terreno-struttura potrebbe non essere completamente definita, portando a potenziali incertezze in termini di prestazioni della struttura. Date le incertezze rimaste a seguito dell’indagine, la progettazione della struttura è stata affrontata ipotizzando sia pali portanti di punta sia pali sospesi. Una analisi di sensitività è stata condotta per valutare l’influenza sul comportamento della struttura dell’inclinazione dello strato portante, scegliendo inclinazioni variabili ancorché realistiche. Nell’analisi, si è fatto riferimento solo a condizioni drenate, perché l’indagine non aveva individuato un piano di falda. I risultati delle analisi numeriche 3D evidenziano che i pali più vicini al substrato portante si caricano per primi, mentre quelli immersi in strati soffici di maggiore spessore necessitano lo sviluppo di cedimenti per contribuire alla portata, generando così rotazione del rilevato. Lo stato limite ultimo (fallimento) non viene mai raggiunto e sono pertanto gli stati limite di servizio a governare la progettazione e l’esecuzione di questo tipo di opera. Come risultato finale della complessa analisi di interazione terreno-struttura, vengono fornite indicazioni e raccomandazioni progettuali.