I domini di interazione per fondazioni superficiali su materiali argillosi sovraconsolidati: l'effetto della preconsolidazione

Bearing capacity for preloaded foundations on fine grained soils has recently become a topic of major interest in civil and offshore engineering. Understanding how the induced consolidation affects the mechanical response of the system could enable, for example, to save money on anti-seismic adaptation, keeping the same size of the footing even in the presence of higher loads. This thesis, therefore, investigates the effects of a preconsolidation, mechanically induced by in-service loads, on the undrained failure response of a strip footing lying on a layer of saturated slightly overconsolidated soft clay. Undrained bearing capacity of the foundation is described by defining a failure envelope, here discussed in terms of shape and size evolution due to preloading. For this purpose, a number of non-linear finite elements analyses were carried out, with the soil behaviour represented by a strain hardening elastic-plastic constitutive relationship and the foundation-soil interface modeled through a Mohr-Coulomb failure criterion. The obtained results highlight a strong correlation between the effect of preload consolidation on the undrained response of the system and the loading conditions defined for the problem. The aforementioned effect, however, turns out to be negligible for the loading combinations associated to an interface failure. Finally, further analyses aiming at investigating the influence of the soil behaviour prior to the failure were performed. However, within the range of parameters under consideration, the system failure envelope does not exhibit a relevant dependence on the pre-failure material behaviour.

La stima del carico limite in condizioni non drenate per fondazioni su terreno a grana fine soggette a precarico ha di recente suscitato il crescente interesse di parte della comunità scientifica, che ha visto in questo ambito i margini per una ricerca di notevole impatto applicativo in molteplici scenari di pertinenza dell’ingegneria civile e offshore. Comprendere a fondo come la preconsolidazione del terreno di fondazione influenzi la risposta del sistema potrebbe infatti tradursi in alcuni casi in un significativo risparmio economico, consentendo per esempio di conseguire i livelli di sicurezza previsti da normativa evitando di condurre interventi di adeguamento antisismico. Nel presente elaborato di tesi si indagano dunque gli effetti di un’avvenuta consolidazione, meccanicamente indotta dall’applicazione di un carico di esercizio, sulla risposta a rottura di una fondazione nastriforme giacente su uno strato saturo di argilla soffice debolmente sovraconsolidata in condizioni non drenate. La capacità portante a breve termine dell’opera è descritta attraverso la definizione di un dominio di interazione, la cui evoluzione in termini di forma e dimensioni conseguente al precarico del terreno è in questa sede discussa e quantificata. A tal fine sono state eseguite delle analisi non lineari agli elementi finiti, in cui il comportamento meccanico del terreno è riprodotto mediante un legame costitutivo elastoplastico incrudente, e il comportamento dell’interfaccia terreno-fondazione mediante un elastico perfettamente plastico, con legge di rottura definita dal criterio di Mohr-Coulomb. I risultati delle analisi evidenziano una forte correlazione fra l’effetto della preconsolidazione sulla risposta non drenata del sistema e le condizioni di carico del problema. L’effetto della preconsolidazione, tuttavia, si rivela praticamente trascurabile per le combinazioni di carico per cui si verifichi una rottura lato interfaccia. Nella parte conclusiva del lavoro, infine, l’attenzione dell’indagine viene spostata sull’influenza del comportamento del terreno precedente il collasso. Nell’intervallo di valori dei parametri esaminati, tuttavia, il dominio di interazione definito per il sistema non esibisce una sostanziale dipendenza dalla risposta pre-rottura.