Valutazione sperimentale e analitica della resistenza laterale e della profondità critica di pali soggetti a carichi di trazione in sabbia sovraconsolidata

Pali in sabbia sovraconsolidata: resistenza laterale e profondità critica sotto carichi di trazione

La resistenza a trazione delle fondazioni su pali rappresenta un parametro progettuale decisivo per opere esposte a sollecitazioni di sollevamento: torri, strutture offshore e sistemi di contenimento. Il comportamento di tali elementi immersi in terreni sabbiosi, tuttavia, rimane ancora poco codificato, in particolare per quanto riguarda la mobilitazione della resistenza laterale lungo l’interfaccia palo-terreno.

Uno studio condotto su modelli di palo verticale in sabbia asciutta ha analizzato in modo sistematico l’effetto del diametro \( D \), del rapporto di incastro \( L/D \) e della densità relativa della sabbia \( D_r \) sulla capacità di contrastare il pullout. I pali strumentati sono stati installati in una vasca rigida in acciaio, dotata di celle di pressione per la misura della distribuzione delle tensioni laterali e di travi di reazione per l’applicazione del carico di estrazione.

Densità relativa e coefficiente di spinta laterale

I risultati evidenziano che all’aumentare della densità relativa del terreno corrisponde un incremento del coefficiente di spinta laterale \( K_s \). Tale coefficiente governa, insieme all’attrito laterale, l’entità della resistenza mobilizzata. In pratica, terreni più addensati producono tensioni orizzontali maggiori lungo il fusto del palo e, di conseguenza, una capacità portante a trazione più elevata.

Modello analitico e profondità critica per attrito

Gli autori hanno sviluppato un modello analitico in grado di predire il valore di \( K_s \) e, quindi, la resistenza laterale complessiva. Il modello introduce un rapporto di profondità critica basato sull’angolo di attrito della sabbia. Tale profondità critica rappresenta il limite oltre il quale la tensione laterale non aumenta più linearmente con la profondità, fenomeno noto in letteratura come “effetto di profondità critica”.

Dai dati emerge che il rapporto di profondità critica cresce con l’angolo di attrito ed è maggiore nei terreni più densi quando sottoposti a trazione. Questo risultato ha implicazioni dirette nella progettazione: per pali molto lunghi, la resistenza laterale non cresce indefinitamente con la profondità, ma si attesta su un valore asintotico.

Contributi dello studio alla pratica professionale

Lo studio fornisce tre elementi di utilità applicativa:

1. un quadro analitico migliorato per la stima della capacità a trazione, più aderente ai dati sperimentali rispetto ai modelli tradizionali;
2. l’introduzione del concetto di profondità critica dipendente dall’attrito, che consente di dimensionare l’incastro effettivo senza sovrastimare la resistenza;
3. una relazione empirica che lega il grado di sovraconsolidamento (OCR) della sabbia ai parametri di resistenza laterale, facilitando l’impiego in terreni naturali con storia tensionale complessa.

Per il progettista di fondazioni, la corretta valutazione della profondità critica e del coefficiente \( K_s \) in funzione della densità relativa e dell’angolo di attrito rappresenta un passaggio obbligato per evitare dimensionamenti eccessivamente cautelativi o, al contrario, insufficienti. La ricerca conferma che la pratica corrente di trascurare l’effetto di profondità critica in sabbie dense può condurre a errori significativi nella stima della resistenza al sollevamento.