Analisi della risposta statica delle fondazioni a pozzo soggette a scalzamento localizzato = Analysis of the static performance of caisson foundations subjected to local scour

La realizzazione di un’opera comporta il dover considerare i diversi fattori di rischio ad essa associati. Problema complesso, al quale si cerca di rispondere in primo luogo in fase di progettazione ed esecuzione. Realizzata la struttura, è poi necessario effettuarne una corretta manutenzione e, nel caso in cui siano avvenuti cambiamenti significativi nello schema strutturale, valutarne nuovamente le condizioni di sicurezza. Il seguire un’opera dopo la realizzazione è un atto doveroso, per garantirne la sicurezza ed il corretto funzionamento durante la vita utile. Il presente lavoro di tesi studia il comportamento delle fondazioni a pozzo, un particolare tipo di fondazione utilizzata in diversi campi, ed in particolare nel caso di pile da ponte realizzate in alveo. Un problema molto comune che si manifesta durante la vita utile di un viadotto è l’alterazione dell’ambiente in cui l’opera è stata realizzata, dovuta all’azione dell’acqua, alle diverse piene che si manifestano nel corso degli anni ed ai diversi fenomeni atmosferici. Risulta quindi complesso verificare nel tempo la sicurezza delle fondazioni, con metodi efficaci e precisi. Tra i diversi fattori di rischio che possano alterare le prestazioni dell’opera, un problema particolarmente rilevante è lo scalzamento localizzato delle fondazioni, un fenomeno generato da vortici, correnti d’acqua e dalla geometria della pila, che causa una progressiva erosione del terreno prossimo all’opera. Nel caso di scalzamento localizzato, la variazione della geometria del terreno non è omogenea su tutti i lati della fondazione, ed è fortemente influenzata dalle caratteristiche della fondazione stessa e del flusso idraulico. Al contrario, nel caso di erosione generalizzata, viene tipicamente rimosso uno strato di terreno di spessore pressoché costante. La risposta di una fondazione scalzata localmente può quindi essere notevolmente differente rispetto il caso di una fondazione soggetta ad erosione generalizzata. L’obiettivo di questo elaborato è studiare l’effetto dello scalzamento generato in prossimità delle pile da ponte, per individuare dei metodi analitici e numerici capaci di considerare le variazioni nelle prestazioni della fondazione indotte da tale fenomeno, al fine di individuare dei metodi per eseguire analisi con un livello di incertezza ridotto. A tal fine, si sono percorse più vie, partendo dai risultati di prove sperimentali in centrifuga ottenuti nell’ambito di precedenti studi. L’analisi è stata condotta in una prima fase mediante metodi analitici, partendo dalle formulazioni delle fondazioni superficiali ed introducendo considerazioni per implementare alcune caratteristiche delle fondazioni a pozzo. In una seconda fase si sono realizzati diversi modelli numerici tridimensionali ipotizzando un’erosione omogenea di terreno ed il caso particolare di scalzamento localizzato. Lo studio eseguito, si è infine concentrato sulla valutazione dell’incidenza del fenomeno al variare delle caratteristiche della fondazione. In generale, i risultati dello studio confermano il notevole impatto che il fenomeno dello scalzamento può avere sulla risposta orizzontale dell’opera. Sulla base delle analisi condotte è possibile concludere che i metodi analitici sembrano essere eccessivamente cautelativi nel caso di scalzamento localizzato. Viceversa, è possibile ottenere una stima ragionevole dell’effetto considerando l’effettiva geometria del problema mediante simulazioni numeriche tridimensionali.