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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6410 (2023) Citare questo articolo

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Il palo di sollevamento è una misura anti-sollevamento in ingegneria ampiamente utilizzata nella pratica. Al fine di studiare i parametri meccanici del palo e del terreno circostante sotto il carico di sollevamento, sono stati condotti un test sul modello di sollevamento del palo e il relativo test numerico. La tecnica di analisi delle immagini è stata applicata al modello di prova per studiare gli spostamenti del terreno causati dalla trazione del palo. Le relazioni carico-spostamento e forza assiale-resistenza all'attrito laterale del palo sono state studiate a tre profondità di sepoltura. Confrontando il test del modello e i risultati del test numerico, si rivela che il palo ha subito quattro fasi sotto l’influenza del carico di sollevamento: fase iniziale di carico, fase di incrudimento, fase di picco di carico e fase di ammorbidimento; gli spostamenti del terreno attorno al palo hanno mostrato una forma conica invertita all'aumentare del carico di sollevamento; ed evidenti effetti di inarcamento del suolo potrebbero essere osservati vicino alla superficie del terreno. Inoltre, lo sviluppo delle catene di forza e delle principali sollecitazioni principali ha indicato che la resistenza di attrito laterale del palo prima aumentava fino al suo valore massimo e poi diminuiva bruscamente lungo la direzione della profondità.

Come efficace misura anti-sollevamento nell'ingegneria sotterranea, il palo di sollevamento è stato ampiamente utilizzato nella progettazione anti-sollevamento di strutture sotterranee come scantinati, strade e tunnel. Rispetto alla capacità portante della fondazione migliorata dal trattamento dello strato di terreno, il sistema di supporto formato dal palo antisollevamento e dalla piastra antisollevamento porterà un migliore effetto antisollevamento. Wen1 ha riscontrato dal test che la capacità portante antisollevamento del palo sotto questo sistema di supporto era migliorata in modo tale che il sollevamento verticale del palo era ridotto del 64,2% rispetto al metodo del terreno rinforzato. Alawneh et al.2 hanno analizzato la capacità di resistenza al sollevamento dei pali mediante test su modelli interni per determinarne i principali fattori d'influenza, tra cui il materiale dei pali, il tipo, la rugosità, la forma della sezione e le proprietà del terreno.

Di solito, l'applicazione del palo dipende dalla natura intrinseca del palo, comprese le proprietà del materiale, la resistenza e la rigidità. Un esempio è che i pali di tamponamento dei tubi sommersi vengono utilizzati principalmente in terreni argillosi, limo o limosi, terreni sabbiosi e strati di riempimento artificiali; e un altro esempio è che i pali a vite sono utilizzati principalmente in strati di argilla, polvere, terreno sabbioso e ghiaia. Nel frattempo, i fattori esterni, come la profondità di interramento del palo e l’ambiente del suolo, determinano la natura della superficie di contatto palo-terreno e il tipo di danno delle particelle di terreno. Chen et al.3 hanno trovato tre superfici di rottura della morfologia del danno del palo resistente all’estrazione, e la forma della superficie di rottura determina la capacità portante ultima del palo resistente all’estrazione e hanno elencato l’equazione della superficie di rottura del terreno intorno il mucchio. Amjad et al.4 hanno testato la resistenza all'estrazione di pali di uguale sezione sotto carico verticale e hanno scoperto che maggiore è il tasso di frattura del terreno attorno al palo sotto lo stesso carico, minore è la capacità portante e maggiore è il tasso di frattura sotto carico ultimo. il carico può invece dare pieno gioco alla capacità portante del terreno. Alcuni ricercatori hanno scoperto che quando venivano tirati su pali di tubi di acciaio con diverse profondità di sepoltura, la forza assiale del palo aumentava del 26% per ogni aumento di 20 cm della lunghezza di sepoltura5.

D'altra parte, il palo deve superare la resistenza di attrito quando viene tirato su, e la resistenza allo sfilamento accompagna la resistenza di attrito. Alcuni studi hanno dimostrato che quanto più ruvida è l’interfaccia palo-terreno, tanto minore è il rapporto tra la capacità portante residua e la capacità portante ultima del palo, e tanto maggiore è l’efficienza di conversione della capacità portante del palo6,7. Confrontando la capacità portante ultima del sollevamento verticale del monopalo del palo di prova e del palo di ingegneria in situ, si è riscontrato che la capacità di sollevamento del palo di ingegneria era molto maggiore di quella del palo di prova, il che spiega anche che la resistenza di attrito sulla superficie di contatto non è stato trascurabile8,9. Qin et al.10 hanno condotto un test statico sulla resistenza all'estrazione verticale di monopali in sabbia calcarea e sabbia di quarzo indoor. Hanno scoperto che l'elevazione della sabbia calcarea attorno alla sommità del palo era piccola a causa dell'effetto collo di bottiglia causato dall'interconnessione delle particelle superficiali, che rafforzava la resistenza di attrito laterale finale della sezione superiore del palo. Hussein et al.11 hanno condotto test di estrazione su pali modello sepolti in sabbia sciolta asciutta e sabbia densa con diversi rapporti L/D (L/D = 20, 25, 30) e hanno scoperto che sotto l'effetto combinato dei carichi sismici e di estrazione, il la capacità massima di estrazione dei pali nella sabbia sciolta asciutta è stata ridotta del 55,02–73,22%, mentre nella sabbia densa, la capacità massima di estrazione dei tre modelli è stata ridotta meno, ovvero la superficie di attrito nella sabbia densa era inferiore a quella nella sabbia sciolta , e l'aumento della densità relativa aumenterebbe lo stress efficace. Inoltre, la resistenza all’attrito influisce anche sulla velocità di aumento dello stress del palo. Sakr et al.12 hanno condotto test di estrazione su pali modello (con e senza ali di ancoraggio) installati in sabbia asciutta con diversa densità e hanno scoperto che la resistenza all'estrazione dei pali ad anello di ancoraggio aumentava con l'aumento della densità relativa della sabbia. Quando la densità relativa della sabbia era dell'80%, la resistenza all'estrazione del palo con ali di ancoraggio raggiungeva fino a 2,77 volte quella del palo normale. Altri ricercatori hanno anche scoperto che lo stress da attrito laterale aumenta gradualmente con la profondità e il tasso di aumento dello stress diminuisce gradualmente13. Oltre alla derivazione teorica, alle prove su modello e alle prove sul campo, il calcolo numerico, ad esempio FEM e DEM, è ampiamente utilizzato per studiare la capacità portante dei pali resistenti al sollevamento14,15,16.