Pseudo static numerical analyses of long piles raft foundations under undrained conditions accounting for piles-raft-soil coupling

Designed in the second half of the last century, most of the Italian infrastructures has reached the end of its service life. Despite the significant technological developments in foundation engineering and in seismic field, the regulations remain oversimplified. Motivated by the need for finding more rational approaches for the verification and retrofitting of existing bridges piled foundations, this thesis explores the behaviour of a long piled raft foundation in clay under combined loading condition due to seismic loads. A critical evaluation of three different pseudo-static approaches for the verification at Ultimate Limit State are analysed: (i) the standard one, neglecting the raft contribution and assuming foundation failure to be coincident with the failure of the most loaded pile, (ii) a recent proposed analytical method, neglecting the raft contribution, but considering the ductile redistribution of forces among piles, (iii) a Finite Element numerical analysis, considering both the raft-piles-soil coupling and the structural response of piles. The numerical problem is analysed employing a Tresca criterion for soil and an elastic constitutive relationship for piles. The results were interpreted in terms of geotechnical and structural interaction domains for the piled foundation system (raft + piles), highlighting the crucial importance of considering the coupling between piles-raft-soil for optimizing interventions.

Progettate nella seconda metà del secolo scorso, la maggior parte delle infrastrutture italiane è giunta al termine della sua vita utile. Nonostante i significativi sviluppi tecnologici nell'ingegneria delle fondazioni e nel campo sismico, le normative rimangono eccessivamente semplificate. Motivata dalla necessità di trovare approcci più razionali per la verifica e il miglioramento delle fondazioni di ponti esistenti, questa tesi esplora il comportamento di una fondazione lunga su pali in argilla sotto condizioni di carico combinate dovute a carichi sismici. Viene condotta una valutazione critica di tre diversi approcci pseudo-statici per la verifica allo Stato Limite Ultimo: (i) quello standard, che trascura il contributo della platea, assumendo che il collasso della fondazione coincida con il collasso del palo più sollecitato, (ii) un metodo analitico proposto di recente, che trascura il contributo della platea ma considera la redistribuzione duttile delle forze tra i pali, (iii) un'analisi numerica agli elementi finiti, che considera sia l'accoppiamento platea-pali-terreno che la risposta strutturale dei pali. Il problema numerico è analizzato utilizzando il criterio di Tresca per il terreno e una relazione costitutiva elastica per i pali. I risultati sono interpretati in termini di domini di interazione geotecnica e strutturale per il sistema di fondazioni su pali (platea + pali), evidenziando l'importanza di considerare l'accoppiamento tra pali, platea e terreno per ottimizzare gli interventi.