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Marc Gebhardt, M.Sc.

2025-05-22

Modellazione parametrica di pali con resistenze empiriche dei pali secondo Tschuchnigg

Il contributo descrive l'utilizzo dei parametri globali per definire le resistenze dei pali in funzione dei valori del terreno e delle sezioni secondo il metodo empirico di Tschuchnigg.

Utilizzando i parametri globali è possibile determinare i valori richiesti nella scheda del tipo di resistenza del palo, a seconda della geometria del palo e dei valori caratteristici del terreno. L'esempio utilizzato in questo contributo si basa semplificato su un terreno non stratificato e utilizza per i calcoli la determinazione empirica secondo Tschuchnigg [1]. Ulteriori informazioni sull'utilizzo del tipo di asta "palo" sono contenute nei link seguenti.

Il modello seguente è composto da un volume di terreno 3D con un'asta integrata del tipo "palo". Va notato da un lato, che per semplificazione si è postulato un comportamento del materiale lineare-elastico per il terreno. Per le resistenze e la capacità portante del palo si è posta una distribuzione costante e si sono assunti una resistenza di 250 kN (mantello) e 100 kN (punta).

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali in base alla resistenza empirica del palo secondo Tschuchnigg | Vista del modello con "Modifica parametri globali" evidenziato

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali | Vista del modello con simbolo di identificazione dell’utilizzo della funzione "Modifica parametri globali"

Parametrizzazione

È stata effettuata un'estesa parametrizzazione. Ciò è mostrato nell'immagine seguente, che mostra i parametri globali utilizzati. Inoltre, qui viene annotata una classificazione in gruppi (numeri da 1 a 4) e vengono marcate le opzioni per l'importazione e l'esportazione dei parametri globali.

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali con resistenze dei pali empiriche secondo Tschuchnigg | Parametri globali (con raggruppamento e marcatura di importazione/esportazione)

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali | Parametri globali (con raggruppamento e identificazione di importazione/esportazione)

Classificazione:

Valori di ingresso generali (numero materiale/profilo del terreno/palo e la sua lunghezza di connessione e l'estensione del volume del terreno)
Parametri della rete FE (terreno/palo)
Valori di ingresso per le resistenze del palo
Parametri di resistenza calcolati per mantello/punta del palo

Le resistenze del palo calcolate qui al punto 4 possono essere inserite come parametri globali nella scheda delle resistenze del palo accanto ai campi di inserimento corrispondenti. Ciò è illustrato nell'immagine seguente. Per il controllo, è consigliabile verificare l'inserimento tramite il pulsante "Mostra formule".

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali con resistenze di pali empiriche secondo Tschuchnigg

KB 001955 | Modellazione parametrica di pali | Resistenza parametrica del palo

Calcolo

I calcoli delle resistenze del palo avvengono come mostrato nella sezione "Fondamenti teorici" del manuale. Manuali online RFEM 6 | Analisi geotecnica | Fondamenti teorici | Elemento strutturale Pali Poiché in questo esempio è stata scelta una sezione trasversale del palo rotonda, il diametro equivalente corrisponde a questo. Per altre forme di sezione trasversale, questo può essere determinato con la formula seguente.

d_{e q} = 2 \sqrt{A_{C S} / π}

A_CS	area della sezione trasversale

Diametro equivalente del palo (area circolare)

In funzione del diametro equivalente del palo, è possibile determinare ora gli ulteriori parametri. Questo riguarda innanzitutto la finezza della rete del volume del terreno e la linea associata al palo. Per questo, la voce del manuale relativa al tipo di asta "palo" fornisce raccomandazioni sulla rete, che sono state applicate qui.

Manuali online RFEM 6 | Analisi geotecnica | Oggetti di base | Aste

Il calcolo della resistenza al taglio può avvenire tramite la lunghezza di connessione e il diametro equivalente dalla resistenza totale al taglio. Nella formula seguente, ciò è mostrato sotto l'assunzione di una resistenza al taglio costante e una sezione trasversale. In questo esempio, dalla resistenza complessiva di 250 kN, si ottiene una resistenza al taglio sul mantello del palo di 127 kN/m².

τ_{m a x} = \frac{F_{r, s}}{(d_{e q} \times π \times l_{b})}

F_r,s	Attrito totale del fusto del palo
d_eq	Diametro equivalente della pila (area del cerchio)
l_b	Lunghezza composita del palo

Resistenza a taglio mantello del palo (costante)

L'attrito del mantello è determinato qui mediante le formule empiriche di Tschuchnigg [1]. Dai vari fattori e dal modulo di taglio del terreno circostante di 40 N/mm² si ottiene una rigidezza al taglio costante di 200 N/mm². Per semplificazione e controllo, può essere formato un fattore totale dai fattori di regolazione consigliati.

K_{s} = (50 \times G \times Γ_{s} + Δ_{s}) \times f_{s, R F}

G	Modulo di taglio del terreno (dal rapporto di Poisson e modulo elastico; modulo elastico per modello materiale non lineare: semplice (ad esempio Mohr-Coulomb) carico primario E_prim o di ordine superiore (ad esempio Hardening-Soil) E_ur~5 x E_(50),prim)
Γ_s	Fattore di adeguamento per l'estensione del palo (empirico; consigliato: 1)
Δ_s	Valore iniziale dell'attrito tra guaina e terreno (empirico; valore raccomandato: 0)
f_s,RF	Fattore di adattamento per RFEM (valore raccomandato: 0.1)

Attrito del mantello (empirico secondo Tschuchnigg)

K_{s} = (50 \times G \times 1 + 0.0) \times 0.1 = 5 \times G

G	Modulo di taglio del terreno 凊 (derivato dal rapporto di Poisson e il modulo elastico; il modulo elastico per modelli di materiali non lineari: semplice (ad esempio, Mohr-Coulomb) al primo caricamento Eprim o di ordine superiore (ad esempio, suoli induriti) Eur~5 x E(50),prim)

Attrito all'interno del manto (empirico secondo Tschuchnigg, con valori raccomandati inseriti)

La determinazione della resistenza assiale alla punta del palo dalla capacità portante totale può avvenire anche tramite il diametro equivalente del palo. In questo esempio, dai 100 kN adottati, si ottiene una resistenza di 2,037 N/mm².

σ_{m a x} = \frac{F_{r, b}}{({(d_{e q})}^{2} \times π / 4)}

F_r,b	Resistenza totale della sommità del palo
d_eq	Diametro equivalente della pila (area circolare)

Resistenza assiale

Analogamente alla determinazione dell'attrito del mantello, è possibile determinare anche la rigidezza assiale. Qui si ottiene un valore di 2500 kN/m.

K_{b} = (10 \times G \times r_{e q} \times Γ_{b}) \times f_{b, R F}

G	Modulo di taglio del terreno in situ (da modulo di Poisson e modulo elastico; modulo elastico per modello di materiale non lineare: caricamento iniziale semplice (ad es. Mohr-Coulomb) E_prim o di ordine superiore (ad es. Hardening-Soil) Eu,r~5 x E_(50),prim))
Γ_b	Fattore di regolazione per la punta del palo (empirico; consigliato: 5-10)
r_eq	Raggio equivalente della punta del palo
f_b,RF	Fattore di regolazione RFEM (valore raccomandato: 0,01)

Rigidezza assiale (empirica secondo Tschuchnigg)

K_{b} = (10 \times G \times r_{e q} \times 5) \times 0.01 = 0.5 \times G \times r_{e q}

r_eq	Raggio equivalente della punta del palo

Rigidezza assiale (empirica secondo Tschuchnigg; con valori consigliati inseriti)

Risultati

I risultati così ottenuti forniscono un'idea del comportamento strutturale del tipo di asta "palo". Nell'immagine seguente sono mostrate le forze normali nel palo e le tensioni principali di taglio nel terreno in due fasi di carico. A sinistra è mostrato lo stato prima del raggiungimento della resistenza del mantello (meno di 250 kN di immissione di forza). A destra lo stato poco prima del collasso totale (meno di 250 kN + 100 kN). Come si può vedere qui, il comportamento strutturale passa da un trasferimento di carico combinato di mantello e punta del palo a un puro smaltimento dei carichi aggiuntivi alla punta del palo.

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung mit empirischen Pfahlwiderständen nach Tschuchnigg | Ergebnisse Normalkraft im Pfahl und Hauptschubspannung im Bodenvolumen

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung | Ergebnisse Normalkraft im Pfahl und Hauptschubspannung im Bodenvolumen

Per un controllo del comportamento strutturale del palo è consigliabile anche la creazione di un diagramma di calcolo. Nell'immagine seguente è mostrato per la forza normale dell'asta in riferimento al nodo della punta del palo rispetto al suo spostamento in direzione longitudinale.

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung mit empirischen Pfahlwiderständen nach Tschuchnigg | Ergebnisdiagramm Normalkraft zu Längsverformung Pfahl

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung | Ergebnisdiagramm Normalkraft zu Längsverformung Pfahl

Possibilità di estensione

Per una stratificazione del terreno circostante, nella scheda del tipo di resistenza del palo potrebbe essere selezionato "Variabile" per la distribuzione della resistenza al taglio. Qui possono essere inserite le resistenze del mantello variabili a seconda della stratificazione. In questo caso, nell'esempio precedente devono essere inseriti i numeri dei materiali desiderati del terreno circostante e le rigidità al taglio del mantello devono essere determinate in funzione di essi. Potrebbe essere vantaggioso anche considerare una resistenza al taglio non costante.

Autore

Il signor Gebhardt fornisce supporto tecnico ai nostri clienti ed è responsabile dello sviluppo dei prodotti per l'ingegneria geotecnica.

Link

Bibliografia

Franz Tschuchnigg. Modellazione 3D agli elementi finiti di fondazioni profonde utilizzando una formulazione integrata su pali. Dissertation. Technische Universität Graz, Graz, 2012.

Download

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