Il progetto di ricerca prevede l'implementazione di un nuovo elemento finito nel codice di calcolo Abaqus da utilizzarsi nell'ambito di analisi dinamiche di terreni saturi. Il codice di calcolo in questione, infatti, non presenta attualmente un elemento finito adatto a realizzare simulazioni numeriche di questo tipo, limitandone fortemente il suo utilizzo in ambito geotecnico e di ingegneria degli scavi. L'elemento, oltre ai gradi di libertà relativi agli spostamenti nodali dello scheletro solido già attualmente a disposizione, conterrà quindi anche il grado di libertà per lo spostamento della fase fluida (nello specifico, verrà utilizzata una formulazione nota nella letteratura internazionale come U-W), fondamentale per la corretta simulazione del comportamento di terreni, sia a grana grossa sia a grana fine, in condizioni di completa saturazione. La validazione della procedura di implementazione dell'elemento finito verrà realizzata attraverso l'esecuzione di semplici prove statiche, cicliche e dinamiche e attraverso il confronto dei risultati con quelli ottenuti attraverso il codice agli Elementi Finiti Plaxis, che già prevede nella propria libreria elementi finiti idonei. La ricerca si arricchirà di una fase finale dedicata alla simulazione della risposta sismica locale e dei possibili fenomeni di liquefazione di terreni sabbiosi saturi attraverso il modello costitutivo avanzato SANISAND, già implementato dai proponenti del progetto di ricerca in entrambi i codici di calcolo.
L'attività di ricerca presenta una serie di caratteri di innovatività, che possono essere così sintetizzati:
- l'implementazione e la validazione di un elemento finito adatto a descrivere il comportamento meccanico di terreni saturi nell'ambito di problemi dinamici fornirà uno strumento di notevole interesse ed utilità per gli utilizzatori del codice di calcolo Abaqus, il cui impiego è attualmente limitato in ambito geotecnico e di ingegneria degli scavi alla sola analisi di problemi statici o di terreni asciutti;
- il confronto tra i risultati ottenuti dai codici di calcolo agli Elementi Finiti Abaqus e Plaxis, quest¿ultimo tra i più utilizzati nel mondo geotecnico e dell'ingegneria degli scavi, consentirà di validare le prestazioni dei due programmi nel campo dei problemi di ingegneria sismica, un settore dove negli ultimi anni si è concentrata molta attenzione sia in ambito accademico sia in ambito professionale per la sempre più sentita necessità di costruire opere resilienti e di trovare soluzioni affidabili per la protezione del patrimonio costruito;
- l'utilizzo del modello costitutivo SANISAND in combinazione con il nuovo elemento finito consentirà di realizzare analisi di risposta sismica locale, con eventuale attivazione dei fenomeni di liquefazione, molto avanzate nel contesto dei problemi di geotecnica sismica, che si collocano oltre l'attuale stato dell'arte e che potranno essere oggetto di ulteriori sviluppi dell'attività di ricerca negli anni successivi;
- la disponibilità del nuovo elemento finito nel codice Abaqus promuoverà le attività di implementazione di modelli costitutivi avanzati in questo programma che, rispetto ad altri codici più di nicchia quali Plaxis, ha il vantaggio di offrire una piattaforma di calcolo scientificamente molto avanzata e caratterizzata da un livello di affidabilità rilevante, anche perché oggetto di validazione in ambiti settoriali molto diversificati tra di loro.
Le potenzialità di successo della proposta di ricerca sono elevate in quanto i proponenti sono profondi conoscitori dei due codici di calcolo, sono esperti di implementazione (in particolare di modelli costitutivi avanzati) e hanno svolto in passato numerose analisi in condizioni dinamiche utilizzando modelli per il terreno caratterizzati da diversi livelli di complessità.