Design of slope stabilizing piles: 3D numerical analyses for optimum design strategies

Slope stabilizing piles are commonly used to reinforce potentially unstable slopes. Thus, mitigating the high socio-economic impact resulting from such phenomena. Nevertheless, an established design procedure remains to be accomplished. An optimization design strategy is imperative to reduce the high cost of the intervention. In this thesis, analytical expressions and design abaci are derived for the optimum design parameters for single passive slope stabilizing piles in granular materials, considering the ultimate limit state conditions, and for both cases of free-head and ground-anchored piles intervention. Additionally, a series of 3D finite differences numerical analyses were performed on FLAC3D to assess the reliability of the limit equilibrium method-based design solutions, concerning the optimum design parameters provided in the present research for frictional soils and in literature for purely cohesive soils. It was observed that, for piles embedded in frictional soils, the numerical modelling results were not affected by the different considered values of the stable soil’s unit weight. For ground-anchored piles embedded in cohesive soils, the analytical solutions available in literature were found to converge well with the modelling results.

I pali sono comunemente usati per rinforzare pendii potenzialmente instabili, mitigando così l’elevato impatto socioeconomico derivante dal verificarsi di fenomeni franosi. Tuttavia, una procedura di progettazione consolidata ed ottimizzata per contenere i costi di intervento resta tuttora inesistente. In questa tesi, vengono proposti espressioni analitiche basate sul metodo all’equilibrio limite e abachi per ottimizzare la progettazione di pali singoli in terreni granulari, in condizione di stato limite ultimo. In particolare, sono stati considerati pali con e senza tirante di ancoraggio fissato in testa. Inoltre, analisi numeriche tridimensionali sono state eseguite tramite il software alle differenze finite FLAC3D per valutare l'affidabilità delle soluzioni analitiche, qui proposte per terreni granulari e da letteratura per terreni puramente coesivi, calibrando opportunamente i fattori di capacità portante. È stato osservato che, per pali installati in terreni granulari, i risultati numerici non sono influenzati dai diversi valori di peso specifico per lo strato di terreno stabile considerati nelle analisi. Nel caso di pali con tirante, in terreni puramente coesivi, le soluzioni analitiche disponibili in letteratura sono consistenti con i risultati della modellizzazione numerica.