Modellazione elasto-plastica del comportamento delle interfacce tra sabbie e superfici metalliche = Elasto-plastic modeling of the behavior interfaces between sands and metal surfaces

L'interfaccia terreno-struttura è una porzione di terreno costituita da un sottile strato denominato banda di taglio, posto a diretto contatto con una superficie avente caratteristiche meccaniche differenti, all'interno del quale si manifestano fenomeni di scorrimento relativo tra i due mezzi capaci di creare situazioni critiche di instabilità della struttura nei confronti della sicurezza globale. Dalle numerose evidenze sperimentali è stato possibile dimostrare che l'interazione struttura-terreno avviene a causa della mobilitazione di una forza agente nella direzione tangenziale alla superficie di contatto tra i due mezzi, per poi essere dissipata quasi totalmente all'interno del sottile strato di terreno sede di numerosi fenomeni d'attrito e distorsioni volumetriche. Lo studio del fenomeno d'interfaccia è estremamente importante per la quasi totalità delle opere geotecniche, ma è particolarmente rilevante per tutte quelle strutture la cui resistenza allo scorrimento risulta essere una componente fondamentale e predominante nei riguardi della capacità portante in generale (questo è il caso di pali di fondazione, ancoraggi, terre rinforzate e così via). L'obiettivo principale della tesi è pertanto quello di formulare un modello costitutivo elasto-plastico, capace di cogliere ed unificare tutti gli aspetti che influenzano il fenomeno d'interfaccia, simulando le condizioni di carico monotono. L'implementazione del nuovo modello d'interfaccia è stato elaborato grazie all'ausilio degli studi sperimentali svolti da Ferrero (1996) e Mortara (2001) durante la loro campagna sperimentale presso il laboratorio geotecnico ISMES di Bergamo. La seguente tesi risulta essere costituita da quattro capitoli. In particolare nel primo capitolo vengono presentati, da un punto di vista sperimentale, gli elementi principali che influenzano il comportamento d'interazione struttura-terreno ed i parametri che condizionano la zona d'interfaccia, facendo riferimento agli studi condotti dai vari autori del passato. Il secondo capitolo, invece, comprende i risultati sperimentali delle principali variabili che caratterizzano il comportamento del terreno all'interfaccia, ottenuti su una determinata tipologia di sabbia per mezzo di una particolare macchina denominata apparecchiatura di taglio diretto con rigidezza normale imposta. Il terzo capitolo rappresenta il corpo centrale della tesi, in particolare racchiude inizialmente le relazioni costitutive elasto-plastiche per poi passare alla formulazione di un modello attraverso la derivazione di una legge costitutiva d'interfaccia nelle condizioni di carico statico. Ovviamente è possibile estendere tale modello anche per le condizioni di carico ciclico, ma ciò non rientra negli obiettivi del presente lavoro. Infine, nell'ultimo capitolo è illustrata la procedura che consente la derivazione dei parametri del modello, nonché il confronto tra i risultati ottenuti dalle prove sperimentali e quelli ricavati dalle predizioni del modello una volta effettuato il processo di validazione.