Un terreno le cui rigidezze variano sia con la profondità sia in direzione radiale rispetto al fusto non può essere sostituito, ai fini del calcolo dinamico assiale di un palo, da uno strato omogeneo calibrato sulla sola rigidezza in testa. L’approssimazione tende a sovrastimare l’irraggiamento delle onde e restituisce stime della risposta dinamica più attenuate di quelle effettive. Su questo nodo si concentra lo studio di Konstantinos Syngros e George Mylonakis, pubblicato sulla rivista Geotechnics (vol. 6, articolo 28, DOI 10.3390/geotechnics6010028), dedicato alla risposta assiale dinamica di pali singoli in profili di terreno caratterizzati da una doppia disomogeneità.
Disomogeneità su due direttrici
La variazione delle proprietà del terreno con la profondità è un tema consolidato nella letteratura geotecnica e da tempo entra nei modelli di analisi. Ben diverso il quadro per la disomogeneità orizzontale, ossia la dipendenza delle stesse proprietà dalla distanza radiale dal palo: su questo fronte la ricerca ha prodotto finora contributi limitati. Lo studio dei due autori affronta le componenti simultaneamente, impostando l’analisi per profili in cui le caratteristiche del suolo cambiano lungo la verticale e, allo stesso tempo, lungo il raggio attorno al fusto.
Una formulazione a elementi finiti in ambito elastodinamico
Il problema è inquadrato nella teoria elastodinamica lineare. Per trattarlo è stata predisposta una formulazione agli elementi finiti rigorosa, messa a punto dagli autori specificamente per questo caso. Da tale impostazione discendono soluzioni viscoelastiche capaci di descrivere il comportamento assiale dinamico del palo e la sua evoluzione al variare della frequenza di sollecitazione.
Le grandezze esaminate e il piano delle analisi
L’effetto della doppia disomogeneità viene quantificato con riferimento a quattro aspetti: la rigidezza dinamica in testa al palo, lo smorzamento da irraggiamento valutato in testa, la reazione del terreno lungo il fusto e l’andamento di queste grandezze al variare della frequenza di sollecitazione.
Quattro profili di terreno differenti articolano il piano delle analisi, combinati con diversi livelli di disomogeneità, con lunghezze di palo variabili, con differenti contrasti di rigidezza tra palo e terreno e con condizioni al contorno anch’esse distinte alla punta.
I limiti del terreno equivalente per rigidezza
In ufficio tecnico la strada più comoda per semplificare è rappresentare un profilo complesso con un unico strato omogeneo tarato per restituire la medesima rigidezza in testa: nel lavoro questo terreno viene denominato stiffness-equivalent soil, cioè terreno equivalente per rigidezza. L’operazione, coerente sul piano della rigidezza, può sovrastimare in misura notevole l’irraggiamento delle onde. Di conseguenza la risposta dinamica del palo viene stimata in forma più smorzata di quella reale, con ricadute dirette sull’affidabilità delle verifiche.
Gli effetti della disomogeneità, peraltro, presentano caratteristiche specifiche che un profilo omogeneo sostitutivo non riesce a riprodurre, per quanto calibrato: la corrispondenza sulla rigidezza non si trasferisce ai termini dissipativi, che restano legati alla distribuzione effettiva del terreno attorno al fusto.
Simulazioni di due prove in campo e implicazioni di progetto
Al quadro teorico si accompagnano le simulazioni di due prove sperimentali condotte in sito, che aiutano a collocare i risultati in un contesto operativo. La discussione si estende quindi alle implicazioni che lo smorzamento da irraggiamento porta con sé in fase di progetto, un tema particolarmente sensibile quando il terreno attorno al palo non è uniforme.
Per chi si occupa di pali soggetti ad azioni dinamiche resta un’indicazione concreta: un terreno equivalente tarato sulla rigidezza può apparire adeguato sul piano statico, ma non riproduce gli stessi termini dinamici. Rigidezza in testa, smorzamento da irraggiamento e reazione lungo il fusto vanno riferiti al profilo reale, con la sua doppia disomogeneità, prima di adottare semplificazioni che possono alterare la risposta.
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