Development of a model for the thermo-hydro-mechanical analysis of multiphase porous media in dynamics

Al giorno d’oggi è evidente un crescente interesse nell’analisi termo-idro-meccanica dei mezzi porosi multifase e ciò è dovuto all’ampio spettro di applicazioni in ingegneria civile ed ambientale. L'innesco di frane dovuto a eventi sismici o forti eventi piovosi, l'innesco di frane catastrofiche, il comportamento sismico di depositi profondi di scorie radioattive o di dighe in terra o calcestruzzo sono solo alcuni esempi. Come aspetto innovativo, questo lavoro presenta lo sviluppo di un modello matematico e numerico per l'analisi del comportamento termo-idro-meccanico di materiali porosi multifase in dinamica. Il modello multifase per mezzi porosi deformabili in condizioni non isoterme, completamente accoppiato, è stato sviluppato nell’ambito della teoria ibrida delle miscele. Per analizzare il comportamento termo-idro-meccanico di una struttura in materiale granulare nel dominio delle basse frequenze, ad esempio in caso di sollecitazione sismica, viene ricavata la formulazione u-p(-T), trascurando le accelerazioni relative dei fluidi e i loro termini convettivi. Come conseguenza, il numero delle variabili indipendenti è ridotto a quattro: la pressione del gas, la pressione capillare, la temperatura e le componenti di spostamento dello scheletro solido. Inoltre si trascurano le forze di filtrazione dinamica nelle equazioni di bilancio massa e dell’entalpia e la comprimibilità del grano solido a livello microscopico. Per la discretizzazione nel dominio dello spazio viene utilizzato il metodo di Bubnov-Galerkin, mentre per la discretizzazione nel dominio del tempo viene utilizzato lo schema generalizzato di Newmark. Il sistema finale di equazioni algebriche, non lineari ed accoppiate, viene risolto con il metodo di Newton, con un approccio monolitico. Il modello implementato è stato validato mediante il confronto con casi di riferimento presenti in letteratura, con soluzioni agli elementi finiti e con soluzioni analitiche quando disponibili.