Fondazioni e strutture di contenimento del terreno: analisi avanzate con il software Midas FEA NX

Le fondazioni e le strutture di contenimento del terreno svolgono un ruolo cruciale nell'ingegneria civile e nella costruzione di strutture sicure e durevoli.

La progettazione accurata di queste opere richiede l'analisi dettagliata delle interazioni tra la struttura e il terreno circostante.

Le caratteristiche e le capacità di Midas FEA NX

In questo contesto, il software Midas FEA NX si è affermato come uno strumento potente e affidabile per la simulazione e l'ottimizzazione delle fondazioni e delle strutture di contenimento. Questo articolo esplorerà le caratteristiche e le capacità del software nel contesto di questa tipologia di opere.

Midas FEA NX è un software agli elementi finiti che integra funzionalità avanzate per la progettazione, la modellazione e l'analisi delle opere di fondazione e delle strutture di contenimento del terreno. Ecco alcune delle caratteristiche chiave che lo rendono uno strumento essenziale per gli ingegneri civili:

1. Modellazione intuitiva: offre un'interfaccia utente intuitiva e facile da usare per la creazione dei modelli. Gli ingegneri possono generare rapidamente geometrie complesse di fondazioni e strutture di contenimento del terreno, inclusi muri di sostegno, plinti, pali e platee.
   
2. Analisi lineari e non lineari: supporta un'ampia gamma di analisi, tra cui analisi statiche, analisi di stabilità, ed analisi dinamiche sismiche. Gli ingegneri possono valutare il comportamento delle opere di fondazione e dei muri di sostegno in diverse condizioni di carico e ottenere risultati accurati per garantire la sicurezza e la durabilità delle strutture.
   
3. Materiali geotecnici avanzati: Midas FEA NX consente agli utenti di modellare materiali non lineari, valutando sia il comportamento plastico dei terreni che il consolidamento e l'interazione terreno-struttura. Questo consente di valutare in modo gli stati tensionali e deformativi del terreno inerente all’opera.
   
4. Ottimizzazione del progetto: il software infine offre anche funzionalità di ottimizzazione del progetto. Gli ingegneri possono eseguire analisi parametriche e ottimizzare le dimensioni e la disposizione delle opere di fondazione e delle strutture di contenimento al fine di massimizzare l'efficienza strutturale e ridurre i costi di costruzione.

Con Midas FEA NX è possibile gestire analisi di fondazioni sia superficiali che profonde anche di notevole complessità.

Le fondazioni superficiali sono uno dei tipi più comuni di fondazioni utilizzate nell'ingegneria civile per trasferire i carichi della struttura al terreno di fondazione. Offre strumenti potenti per la modellazione e l'analisi delle fondazioni superficiali.

Il software permette di creare modelli tridimensionali complessi di fondazioni e terreni circostanti, tenendo conto di vari carichi e tipologie di terreno.

In particolare, l’aspetto più importante da evidenziare è la possibilità di utilizzare gli elementi finiti interfaccia che permettono di valutare correttamente gli effetti dell’interazione terreno struttura. Questi elementi creano una discontinuità all’interno del continuo degli elementi finiti, potendo così studiare fenomeni come l’attrito ed il distacco per scorrimento tra materiali.

Per quanto riguarda invece le fondazioni profonde, il software dispone di un sistema specifico per la modellazione dei pali di fondazione che permette di effettuare analisi di palificate anche molto estese.

Ci sono nello specifico due metodi di modellazione; un metodo canonico che permette di modellare il singolo palo con geometria solida al fine di poter simulare una prova di carico su palo.

Esiste poi un secondo metodo gestito con elementi beam embedded ed interfacce che permettono di modellare intere palificate creando comunque modelli di calcolo non particolarmente pesanti a livello computazionale. Questo ultimo metodo chiamato “pile” permette di modellare in prima fase il terreno e poi in seconda battuta i pali che si connetteranno in automatico al terreno. In questo modo se sarà necessario variare la configurazione della palificata per trovare la migliore distribuzione, non sarà necessario rifare ogni volta la mesh del terreno, rendendo la modellazione di questa tipo di fondazioni molto pratica e veloce.

L’interazione terreno struttura nel software

Il problema dell’interazione terreno struttura è tra le principali tematiche trattate del software ed è anche un aspetto fondamentale nell’analisi di paratie e di muri di sostegno. Gli elementi interfaccia gestiti da FEA NX risulteranno dunque fondamentali anche nella valutazione di questa tipologia di interventi.

FEA NX è in grado di valutare non solo l’opera di sostegno ma anche gli effetti che si hanno sulle strutture adiacenti soprattutto quando si opera in ambito urbano.

In questo caso è quindi possibile creare modelli realistici 3D in cui oltre all’opera di sostegno sono presenti anche le strutture limitrofe da valutare; così facendo è possibile valutare direttamente gli eventuali danni provocati dallo scavo sulle strutture adiacenti verificando stati tensionali e deformativi.

Il software si occupa non solo di paratie ma anche di scavi basati su altre metodologie come, per esempio, il top down o strutture a pozzo per le quali sarà possibile modellare tutte le strutture di sostegno necessarie allo scavo.

L’analisi delle fondazioni o delle strutture di contenimento può essere eseguita per varie tipologie di terreno o rocce.

Midas FEA NX dispone di più di 30 differenti legami costitutivi per modellare il comportamento dei terreni. Questi legami costitutivi consentono agli ingegneri di rappresentare in modo accurato le proprietà meccaniche dei terreni e di simulare il loro comportamento sotto differenti condizioni di carico. Midas FEA NX offre inoltre anche modelli costitutivi per modellare il comportamento delle rocce anche fratturate.

Di seguito sono descritti alcuni dei principali legami costitutivi disponibili:

• Modelli di elasticità lineare: questi modelli considerano il terreno come un materiale elastico lineare, caratterizzato da una relazione lineare tra lo sforzo e la deformazione. Midas FEA NX supporta diversi modelli di elasticità lineare, come il modello di elasticità lineare isotropo ed il modello di elasticità lineare anisotropo per lo studio della parte strutturali del modello.
  
• Modello di Mohr-Coulomb: questo modello costitutivo è ampiamente utilizzato per rappresentare i terreni coesivi e i terreni granulari. Si basa sulla teoria della resistenza al taglio di Mohr-Coulomb e tiene conto dei parametri come l'angolo di attrito interno e la coesione del terreno.
  
• Modello di Hardening Soil: questo modello costitutivo è utilizzato per modellare il comportamento plastico dei terreni. Si basa sul concetto di indurimento plastico e tiene conto dei parametri come l'angolo di attrito interno, la coesione e il modulo di indurimento.
  
• Modello di Cam-Clay: questo modello è specificamente sviluppato per i terreni coesivi, come le argille. Considera il comportamento di compressibilità e dilatazione del terreno e tiene conto dei parametri come l'indice di compressibilità e l'indice di dilatazione.
  
• Modello di Duncan-Chang: questo modello è in grado di rappresentare una serie di fenomeni geotecnici, come il cedimento, la deformazione laterale, il ritiro e il rigonfiamento del terreno. È particolarmente utile nella modellazione di terreni argillosi, sabbiosi e misti.
• Modello di Hoek-Brown: questo modello costitutivo è ampiamente utilizzato per le rocce fragili e tenaci. Si basa sulla teoria della meccanica delle rocce di Hoek-Brown e tiene conto di parametri come la resistenza alla compressione uniassiale, il coefficiente di rottura e l'indice di fragilità.

In conclusione, con il software Midas FEA NX è possibile gestire qualsiasi tipologia di opera di sostegno e tutte le casistiche principali di fondazioni, sia superficiali che profonde come plinti, travi rovesce, platee, pali e palificate fino a pozzi e blocchi di ancoraggio per ponti, senza limiti di complessità. Restituisce per tutte le tipologie di fondazione gli stati tensionali e deformativi anche in campo non lineare, arrivando alla determinazione della capacità portante, anche per le casistiche più complesse che i software a formulazione chiusa non sono in grado di trattare.