Le simulazioni numeriche in campo geotecnico si basano sempre più su modelli a elementi discreti capaci di riprodurre il comportamento meccanico delle rocce. Tuttavia, la scelta del modello di contatto tra particelle rimane un fattore critico, spesso sottovalutato rispetto alla semplice calibrazione delle proprietà di input. Una recente indagine comparativa pubblicata su Geotechnics (Vol. 5, pag. 82) ha analizzato come tre diversi modelli di contatto rispondano a variazioni della velocità di deformazione in condizioni quasi-statiche, mettendo in luce differenze sostanziali nei meccanismi di rottura.
Calibrazione su dati litologici della formazione Trakya
Lo studio ha preso in esame i modelli Parallel-Bonded (PBM), Soft-Bonded (SBM) e Flat-Jointed (FJM), calibrandoli su un set comune di dati sperimentali ottenuti da campioni di siltstone appartenenti alla formazione Paleozoica di Trakya, prelevata nell’area di Cebeciköy, Istanbul (Türkiye). La calibrazione è stata condotta con l’obiettivo di replicare la risposta meccanica della roccia in prove di compressione monoassiale, utilizzando un codice di calcolo a elementi discreti (PFC). Solo dopo aver ottenuto un accordo soddisfacente tra modelli e dati sperimentali, sono state effettuate simulazioni a tre diverse velocità di deformazione quasi-statiche: 0,01, 0,005 e 0,001 s⁻¹.
Rigidezza elastica insensibile alla velocità, comportamento post-picco divergente
I risultati mostrano che la rigidezza elastica iniziale, nelle fasi di carico precedenti il picco, rimane sostanzialmente invariata al variare della velocità di deformazione, indipendentemente dal modello di contatto adottato. Le differenze emergono invece nella fase successiva al superamento del carico massimo. Il modello PBM ha prodotto una rottura fragile improvvisa e localizzata, con una caduta di carico netta. Il modello SBM, al contrario, ha evidenziato un rammollimento più graduale, accompagnato da una distribuzione diffusa di danni a trazione. Il modello FJM ha mostrato il pattern di rottura più eterogeneo, con una combinazione di modalità mista (trazione e taglio) e una maggiore estensione spaziale del danneggiamento.
Il modello di contatto guida la modalità di collasso, non la velocità di deformazione
Nell’intervallo di velocità quasi-statiche investigate, la formulazione intrinseca del modello di contatto risulta il fattore dominante nel determinare la localizzazione del danno, la tipologia di rottura e le caratteristiche del rammollimento post-picco. La velocità di deformazione, pur influenzando l’entità di alcuni parametri, non modifica la sostanza del comportamento meccanico: ogni modello conserva una firma di rottura propria e riconoscibile. Per i professionisti che utilizzano strumenti di modellazione numerica, questa evidenza suggerisce che la scelta del modello di contatto non può essere basata esclusivamente sulla facilità di calibrazione, ma deve essere guidata dal tipo di meccanismo di rottura che si intende riprodurre (fragile localizzato, duttile diffuso o misto).
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