3D nonlinear coupled modelling of geomaterials using the unconventional Subloading Surface approach

Lo scopo di questo elaborato è quello di analizzare il comportamento non lineare di mezzi porosi, nel dettaglio terreni, tramite un modello di plasticità non convenzionale chiamato subloading surface. La principale caratteristica di questo modello è l’abolizione della distinzione in un dominio elastico ed uno plastico assumendo che le deformazioni plastiche si producano ogni qualvolta venga introdotta una variazione nello stato tensionale nel materiale. All’interno della superficie plastica convenzionale si crea una nuova superficie tramite una trasformazione di similitudine. Questa nuova superficie, chiamata subloading surface, si espande o si contrae a seconda dell’evoluzione dello stato di stress, producendo un graduale e regolare sviluppo delle deformazioni plastiche nei materiali. Al di là della risposta più realistica del modello nelle simulazioni, questa teoria permette un calcolo numerico “più snello” senza dover ricorrere a speciali tecniche numeriche per verificare se lo stress giaccia o meno sulla superficie plastica ed eventualmente riportarlo su di essa. Infatti la superficie di subloading è costruita in modo tale da passare sempre per il punto di stress attuale assumendo il ruolo di guidare e misurare come lo stato tensionale evolva nelle analisi. In letteratura si trovano numerosi esempi di modelli plastici non convenzionali ma, ad eccezione del presente, tutti mostrano qualche lacuna che può risultare rilevante in analisi cicliche dove l’accumulo di errori è in grado di produrre uno scostamento notevole dalla risposta reale. Come verrà mostrato nei capitoli successivi il modello simple subloading surface e quello extended subloading surface sono stati implementati in un codice di ricerca igro-(termo-)meccanico pienamente accoppiato, chiamato PLASCON 3D, per simulare diversi scenari: problemi di consolidazione, prove triassiali, resistenza a trazione per alcune tipologie di terreni ed infine per analisi di plasticità con carichi ciclici. Tutti i risultati ottenuti mostrano una buona capacità di riprodurre dati sperimentali provando l’affidabilità sia del modello teorico che della sua implementazione nel codice ad elementi finiti