Il congelamento artificiale dei terreni: modellazione numerica di risultati sperimentali = Artificial ground freezing: numerical modelling of experimental results

Il Congelamento Artificiale del Terreno (AGF) è una tecnica di rinforzo utilizzata nell’ambito dell’Ingegneria Civile per l’impermeabilizzazione e il consolidamento temporaneo degli scavi sottofalda volti alla realizzazione di pozzi o gallerie. Essa consiste nell’inserimento nel terreno di tubi con circolazione di fluido a temperature molto basse, i quali provocano il congelamento dell’acqua nei pori, aumentandone rigidezza, resistenza e creando una barriera a tenuta idraulica. Ad oggi, le applicazioni di tale tecnica sono innumerevoli, si tratta dunque di una tecnica ben nota e largamente collaudata. Malgrado la sua diffusione, restano ancora aperti molti dubbi relativi al processo fisico che avviene durante l’applicazione. Una comprensione profonda del fenomeno permetterà di risparmiare tempo e investimenti, ottimizzando il processo a vantaggio di una migliore efficienza. Il sistema trifasico che si forma durante il processo di congelamento, consistente di terreno, acqua e ghiaccio, vede un’interazione complessa delle fasi, che include aspetti termici, idrici e meccanici. La modellazione numerica, calibrata sulla base di risultati sperimentali permette dunque di ampliarne la conoscenza. A tal fine, l’Università di Roma Tor Vergata ha progettato un’apparecchiatura triassiale a controllo di temperatura (FROZEN), in grado di consentire la riproduzione di quanto osservabile in sito. L’apparecchiatura prevede infatti che il congelamento del provino avviene dell’interno verso l’esterno, con diffusione del carico termico in direzione radiale, cioè con la stessa modalità utilizzata in sito nelle applicazioni di ingegneria. Nella Tesi si affronta la modellazione del fenomeno congelato, analizzandone principalmente l’interazione termica e idrica delle fasi, fondando le basi per lo sviluppo futuro di una modellazione accoppiata completa che permette di considerare anche l’interazione meccanica. Le simulazioni sono state effettuate attraverso un codice agli elementi finiti CODE_BRIGHT sviluppato alla UPC (Università Politecnica della Catalogna). Il CODE_BRIGHT è un codice ad elementi finiti per le analisi Termo–Idro–Meccaniche (THM) dei mezzi porosi. Il codice utilizza il software GID (gidhome.com, 2014) come preprocessore per la generazione del modello e come post-processore per la visualizzazione dei risultati numerici.