"Simulazione numerica del comportamento meccanico di un materiale complesso" = "Numerical simulation of the mechanical behavior of a complex material"

Lo scopo del presente elaborato è quello di modellare numericamente il comportamento meccanico di un materiale complesso con struttura blocco-in-matrice e di valutare l'influenza della presenza dei blocchi. Il comportamento meccanico del materiale viene modellato con l'ausilio del software alle differenze finite FLAC3D (Itasca) simulando l'esecuzione di prove triassiali. Per configurare e calibrare il modello numerico sono state eseguite una serie di prove triassiali consolidate non drenate (CIUD) eseguite su provini omogenei di materiale ricostituito composti da sola matrice argillosa-limosa sovraconsolidata e da provini eterogenei composti da matrice ricostituita nella quale vengono inglobati dei clasti lapidei artificiali. Tale tecnica permette la realizzazione di campioni ideali con caratteristiche meccaniche note e con differenti valori di percentuale volumetrica dei blocchi (VBP). La caratterizzazione meccanica del materiale omogeneo viene effettuata con 3 prove triassiali a confinamento basso in modo tale da garantire un comportamento OC (sovraconsolidato). Dalle prove sperimentali si evince un comportamento elasto-plastico di tipo rammollente (softening) caratterizzato dalla presenza della superficie di rottura, da un'elasticità non lineare e da un criterio di rottura di Mohr-Coulomb con parametri di resistenza al taglio molto scadenti. La simulazione numerica delle prove viene riprodotta adottando una non linearità elastica, data dal modello di Duncan&Chang, e un criterio di rottura Mohr-Coulomb strain-softening, definito in funzione delle deformazioni di taglio plastiche, con particolare cura sulla ricerca della superficie di rottura. La stima dei parametri elastici viene ricavata dalle prove sperimentali in modo da simulare efficacemente l'andamento del ramo pre-rottura. Per quanto riguarda il comportamento post-rottura, la stima dei parametri del modello viene effettuata tramite back-analysis al fine di trovare le deformazioni di taglio plastiche da associare ai valori dei parametri di resistenza. Il materiale eterogeneo viene rappresentato da due provini con differente valore di VBP ossia il 30% e il 50%. Il relativo modello tridimensionale viene creato con le medesime caratteristiche geometriche del campione ricostituito, utilizzando la tomografia assiale computerizzata (TAC) che consente di conoscere esattamente la posizione e l'orientamento dei blocchi all’interno del campione in funzione delle densità. I blocchi, la cui resistenza è molto maggiore della matrice, vengono rappresentati come elementi elastici privi di rottura ad elevata rigidezza. Dalle prove sperimentali si evince un comportamento differente in funzione delle percentuali volumetriche dei blocchi (VBP). La presenza dei blocchi influisce sulla resistenza meccanica del materiale e sul comportamento sforzo-deformazione a causa del contributo resistente fornito dai blocchi e dalla tortuosità della superficie di rottura. Dalle simulazioni numeriche si è ricavato, per entrambi i campioni eterogenei, un comportamento meccanico caratterizzato da un ramo post-picco perfettamente plastico e una diminuzione della non linearità elastica caratterizzata da un incremento di rigidezza. Per quanto riguarda la resistenza al taglio del materiale, in accordo con le osservazioni da letteratura, si verifica un incremento unicamente per il materiale avente VBP pari a 50%.