Un problema principale nell'uso di modelli di materiali non lineari sono spesso i parametri del materiale richiesti. Questo vale anche per il modello di materiale Hardening Soil modificato utilizzato in questo articolo. Questo contributo specialistico affronta l'adattamento iterativo di questi parametri tramite il confronto dei dati di misurazione pubblicati e i risultati della simulazione FE. Questo studio si ispira alla pubblicazione di Bower et al. [1], che a sua volta si riferisce alla pubblicazione della descrizione del modello di materiale Hardening Soil originale di Schanz et al. [2].
Tuttavia, a differenza della pubblicazione di Bower et al. [1], qui non è stata utilizzata la geometria effettiva del corpo di prova, ma un singolo elemento cubico con il lato di un metro. Ciò consente di ridurre notevolmente il tempo di calcolo. Poiché i modelli di materiale vengono applicati a livello di elemento, parametri di materiale affidabili dovrebbero essere determinabili con la corretta rappresentazione delle condizioni di prova reali. Il supporto è stato applicato nei test sugli elementi singoli agli angoli e l'applicazione del carico è avvenuta tramite spostamenti imposti delle linee. Per la corretta considerazione degli stati precedenti è stato utilizzato il Add-On Stati Costruttivi. Nei primi tre Stati Costruttivi, l'equilibrio della struttura non deformata viene determinato per l'inizializzazione delle condizioni di prova. Il primo Stato Costruttivo contiene, in entrambi i modelli, l'attivazione della geometria e delle condizioni al contorno con proprietà del materiale linearizzate. Successivamente si realizza un'attivazione delle proprietà dei materiali non lineari. In seguito, è prevista eventualmente l'applicazione del carico isotropo, dopo di che si prosegue con l'imposizione dei carichi di prova, per i quali sono attivati i supporti lineari deformati.
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La simulazione della prova del materiale in condizioni edometriche consiste in un supporto fisso dei nodi alla base e in un supporto fisso dei nodi nella direzione verticale alla sommità. È stato applicato solo un peso proprio minimo e non è stato applicato nessun carico isotropo. L'applicazione dei carichi controllata dalla deformazione è avvenuta in nove fasi di alternanza di carico e scarico fino a una deformazione massima di 24 mm (corrispondente al 24.0 ‰). Questa applicazione di carico ciclica è stata realizzata tramite combinazioni di carico costruite utilizzando fattori di moltiplicazione parametrizzati nelle impostazioni di analisi statica. La figura seguente mostra una vista di questo modello con i parametri globali associati:
Il calcolo della prova del materiale triaxiale è stato organizzato in maniera simile. Il supporto dei nodi è stato realizzato senza vincoli, con impedimento alla rotazione. Inoltre, per corrispondere alle condizioni di prova, è stato applicato un carico isotropo di 300 kN/m². L'applicazione del carico di prova è avvenuta tramite uno spostamento imposto della parte superiore, senza cicli di carico e scarico, fino a uno spostamento verticale massimo di 150 mm. L'immagine seguente mostra il modello descritto.
I modelli associati possono essere scaricati tramite i seguenti link:
- KB 1976 | Test del singolo elemento - Condizioni edometriche - Modello di materiale del suolo indurito modificato
- KB 1976 | Test di elementi singoli - Condizioni triaxiali - Modello di materiale del suolo indurito modificato
L'aspetto più problematico è l'adattamento a due curve di prova. Per la stabilità numerica è stata quindi assegnata una coesione minima più elevata di 1,0 kPa per la simulazione delle condizioni triaxiali. La figura seguente mostra i parametri del materiale determinati per le condizioni edometriche per il modello di materiale Hardening Soil modificato:
Per determinare questi valori, come menzionato all'inizio, è stato effettuato un confronto tra le curve di prova pubblicate e i risultati di simulazione equivalenti. A tale scopo sono stati utilizzati i diagrammi di calcolo concatenati implementati in RFEM 6. Oltre a fornire una buona panoramica dello sviluppo dei singoli risultati, è possibile esportarli anche in Excel nella scheda "Tabella". Le seguenti immagini mostrano i diagrammi di calcolo determinati in questo studio per il calcolo delle prove sui materiali edometriche e triaxiali.
La deviazione tra i risultati della simulazione e le curve di prova del materiale può essere valutata visivamente o tramite metodi statistici. L'immagine seguente mostra i risultati ottenuti qui in confronto ai dati sperimentali pubblicati. Come si può vedere, la concordanza delle condizioni edometriche fino a un livello di tensione medio (circa 100 kPa) è molto buona, mentre il comportamento successivo è troppo rigido. I moduli di carico e scarico sono troppo bassi nei primi due cicli, mentre nell'ultimo sono troppo alti. Nel confronto con la prova triaxiale ripetuta tre volte, si nota che la rigidità iniziale è troppo bassa e si accompagna a una curvatura eccessivamente forte. Questo indica un valore troppo basso per l'indurimento al taglio (CSH). Infine, il livello costante della tensione viene raggiunto troppo presto e rimane più basso rispetto alle curve sperimentali (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1%). Il coefficiente di correlazione di Pearson, che può essere visto come una misura della dipendenza tra la curva di misurazione e quella di simulazione, è, a seconda del metodo di interpolazione per l'assegnazione dei valori, 0,90 o 0,94 per le condizioni edometriche e 0,88 o 0,91 per la prova triaxiale.
