Predizione delle impronte di scarpe tramite simulazioni agli elementi finiti nell’ambito delle scienze forensi = Finite element simulations for predicting footwear impressions in forensic science

Nelle indagini forensi, le impronte di scarpe rappresentano un’evidenza rilevante per l’identificazione dei sospettati e la ricostruzione della dinamica dell’evento. Tuttavia, la loro interpretazione può risultare complessa a causa dell’elevata variabilità, legata a fattori unici come la biomeccanica della deambulazione, la tipologia di calzatura e le caratteristiche meccaniche della superficie calpestata. Ulteriori criticità derivano dalla qualità spesso scarsa delle impronte rinvenute e dal basso livello di automazione nel confronto con quelle archiviate nei database. Il presente studio, mediante simulazioni tridimensionali basate sul metodo agli elementi finiti, si propone di predire l’impronta impressa dalla suola di una scarpa su una superficie rigida durante la fase di appoggio del ciclo del passo, considerando tre diverse tipologie di piede: cavo, normale e piatto. A tal fine, è stato sviluppato un modello numerico di scarpa, costituita da una suola in gomma naturale e da un’intersuola in schiuma EVA, interagente con un pavimento rigido. L’evoluzione del contatto tra suola e superficie è stata modellata integrando aspetti di meccanica del contatto (con attrito alla Coulomb) e biomeccanica del ciclo del passo, utilizzando come input le forze generate dal movimento di un individuo ideale di 60 kg, 70 kg, 80 kg e 90 kg. I materiali della scarpa sono stati modellati come elastico-lineari quasi incomprimibili, mentre le diverse tipologie di piede sono state rappresentate attraverso specifiche distribuzioni di pressione, applicate sulla superficie superiore dell’intersuola. Il modello è stato validato attraverso il confronto tra le impronte ottenute numericamente e quelle rilevate sperimentalmente in laboratorio, usando la scarpa “Passo 3” fornita da Diadora. I risultati hanno mostrato una buona corrispondenza tra simulazione e prova sperimentale per i piedi cavo e normale, meno accurata nel caso del piede piatto. Inoltre, hanno evidenziato differenze significative nella distribuzione del carico e, di conseguenza, nella forma dell’impronta in funzione della morfologia plantare. Il lavoro di tesi rappresenta un primo esempio di applicazione di strumenti propri della meccanica dei solidi nella ricostruzione di impronte di scarpe nelle indagini forensi.