This thesis presents an algorithm for assessing the penetration resistance of jack-up spudcans in multi-layered soil systems using limit equilibrium methods commonly adopted in practice. A Python-based code was developed to implement both the ISO 19905-1 (2016) and SNAME (2008) guidelines. The code was validated through comparisons with the commercial software SpudPen, demonstrating its ability to accurately reproduce collapse mechanisms in both simple and complex stratigraphies. Further validation was conducted using real-case scenarios provided by RINA Consulting, allowing for an evaluation of the predictive capabilities of the algorithm and the effectiveness of the guideline methodology for multi-layered soil analysis. The results showed that, despite simplifications, the bottom-up approach effectively captures layer interactions and generally provides accurate predictions. However, for highly heterogeneous stratigraphies with alternating thin layers of significantly different resistance properties, the method produced overly conservative penetration-resistance curves. A key finding is how crucial and accurate site characterisation is and the definition of representative soil properties in ensuring the reliability of the prediction, as it was found that the selection of mechanical parameters has a greater impact than the choice of the predictive method itself. Ultimately, this study offers a valuable contribution to offshore geotechnical engineering by introducing a robust tool for leg penetration assessment, with potential for further development and application in safer and more efficient offshore foundation design.

La tesi presenta un algoritmo che descrive la resistenza alla penetrazione di fondazioni spudcan di piattaforme elevabili in sistemi di terreno a più strati, avvalendosi dei metodi comunemente adottati nella pratica progettuale. E' stato sviluppato un codice in ambiente Python che implementa le linee guida ISO 19905-1(2016) e SNAME (2008). Il codice è stato validato attraverso il confronto con il software commerciale SpudPen, dimostrandone la capacità di riprodurre fedelmente i meccanismi di collasso con stratigrafie semplici e complesse. Un'ulteriore validazione è stata effettuata utilizzando casi reali forniti da RINA Consulting S.p.a, che ha permesso la valutazione delle capacità predittive dell'algoritmo e l'efficacia della metodologia suggerita dalle linee guida per l'analisi di terreni stratificati. I risultati hanno mostrato che, nonostante le semplificazioni, l'approccio bottom-up rileva con efficacia l'interazione tra strati e generalmente fornisce previsioni accurate. Ad ogni modo, per stratigrafie fortemente eterogenee che vedono l'alternarsi di sottili strati con resistenze significativamente differenti, il metodo fornisce curve di penetrazione-resistenza eccessivamente conservative. Un risultato chiave è quanto sia fondamentale un'accurata indagine del sito e la definizione delle proprietà rappresentative del terreno nell'assicurarsi l'affidabilità della previsione, in quanto si è riscontrato che la scelta dei parametri meccanici ha un maggior impatto che la scelta del metodo predittivo in sè. In ultima analisi questo studio vuole offrire un valido contributo all'ingegneria geotecnica offshore tramite l'introduzione di un solido strumento per l'analisi di leg penetration, con potenziale per ulteriori sviluppi e applicazioni nel design di fondazioni offshore più sicure ed efficienti.

Evaluation of jack-up leg penetration in layered soils: assessment of international standards

Notari, Jacopo
2023/2024

Abstract

This thesis presents an algorithm for assessing the penetration resistance of jack-up spudcans in multi-layered soil systems using limit equilibrium methods commonly adopted in practice. A Python-based code was developed to implement both the ISO 19905-1 (2016) and SNAME (2008) guidelines. The code was validated through comparisons with the commercial software SpudPen, demonstrating its ability to accurately reproduce collapse mechanisms in both simple and complex stratigraphies. Further validation was conducted using real-case scenarios provided by RINA Consulting, allowing for an evaluation of the predictive capabilities of the algorithm and the effectiveness of the guideline methodology for multi-layered soil analysis. The results showed that, despite simplifications, the bottom-up approach effectively captures layer interactions and generally provides accurate predictions. However, for highly heterogeneous stratigraphies with alternating thin layers of significantly different resistance properties, the method produced overly conservative penetration-resistance curves. A key finding is how crucial and accurate site characterisation is and the definition of representative soil properties in ensuring the reliability of the prediction, as it was found that the selection of mechanical parameters has a greater impact than the choice of the predictive method itself. Ultimately, this study offers a valuable contribution to offshore geotechnical engineering by introducing a robust tool for leg penetration assessment, with potential for further development and application in safer and more efficient offshore foundation design.
MEZZATESTA, FILIPPO
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
3-apr-2025
2023/2024
La tesi presenta un algoritmo che descrive la resistenza alla penetrazione di fondazioni spudcan di piattaforme elevabili in sistemi di terreno a più strati, avvalendosi dei metodi comunemente adottati nella pratica progettuale. E' stato sviluppato un codice in ambiente Python che implementa le linee guida ISO 19905-1(2016) e SNAME (2008). Il codice è stato validato attraverso il confronto con il software commerciale SpudPen, dimostrandone la capacità di riprodurre fedelmente i meccanismi di collasso con stratigrafie semplici e complesse. Un'ulteriore validazione è stata effettuata utilizzando casi reali forniti da RINA Consulting S.p.a, che ha permesso la valutazione delle capacità predittive dell'algoritmo e l'efficacia della metodologia suggerita dalle linee guida per l'analisi di terreni stratificati. I risultati hanno mostrato che, nonostante le semplificazioni, l'approccio bottom-up rileva con efficacia l'interazione tra strati e generalmente fornisce previsioni accurate. Ad ogni modo, per stratigrafie fortemente eterogenee che vedono l'alternarsi di sottili strati con resistenze significativamente differenti, il metodo fornisce curve di penetrazione-resistenza eccessivamente conservative. Un risultato chiave è quanto sia fondamentale un'accurata indagine del sito e la definizione delle proprietà rappresentative del terreno nell'assicurarsi l'affidabilità della previsione, in quanto si è riscontrato che la scelta dei parametri meccanici ha un maggior impatto che la scelta del metodo predittivo in sè. In ultima analisi questo studio vuole offrire un valido contributo all'ingegneria geotecnica offshore tramite l'introduzione di un solido strumento per l'analisi di leg penetration, con potenziale per ulteriori sviluppi e applicazioni nel design di fondazioni offshore più sicure ed efficienti.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/235676