Elena Ferretti

Meccanica del continuo, sperimentazione dei materiali dei modelli e delle strutture, metodi non distruttivi, identificazione delle proprietà efficaci dei materiali fragili, materiali compositi, meccanica della frattura, meccanica computazionale, elaborazione di codici di calcolo per l'analisi dei percorsi di frattura tramite il metodo delle celle, approcci non-locali, approcci meshless, stampa 3D.

Si introduce un legame tra i valori efficaci degli sforzi e delle deformazioni. Il nuovo legame non ha formulazione meramente analitica, ma deriva da un'estesa campagna sperimentale sul comportamento in compressione dei materiali aggregativi, con stima dello sviluppo del danno sotto carico. L'obiettivo è quello di sanare su base sperimentale l'apparente divario tra le leggi medie acquisite sperimentalmente e le leggi efficaci multiparametriche che, da almeno un ventennio, vengono calibrate con precisione via via crescente per la modellazione dei principali fenomeni associati al comportamento strutturale dei materiali aggregativi. Uno sforzo successivo è quello di definire un modello strutturale che non necessiti della consueta calibrazione delle leggi efficaci multiparametriche per contenere gli effetti scala. Viene sviluppato un codice di calcolo al Metodo delle Celle (CM) in grado di descrivere il percorso di propagazione di una frattura in modo misto, sia per il caso di propagazione fragile che per il caso di propagazione non fragile. La direzione di propagazione viene determinata dal codice di calcolo ad ogni passo di propagazione in funzione anche dell'alterazione allo stato tensionale indotto dalle precedenti propagazioni. Il codice si avvale di una tecnica di aggiornamento automatico della geometria del dominio all'avanzare della fessura, con rigenerazione automatica della mesh. Il CM lavora su due distinte mesh, una duale dell'altra. La prima mesh è una triangolazione di Delaunay, la seconda è formata dai poligoni di Voronoi costruiti sui circocentri della prima mesh. Particolarmente delicata per il corretto funzionamento del codice è proprio la fase di generazione della prima mesh, quando i domini da trattare presentano enucleazione di fessure al contorno. Infatti, la particolare conformazione delle nuove superfici libere che si originano al propagare del crack rende inutilizzabili le procedure di generazione di mesh triangolari dei più comuni generatori di mesh. Il CM si presta particolarmente alla modellazione di strutture composite, nella fattispecie, di mattoni e malta, in quanto la formulazione discreta permette di analizzare domini di materiale diverso, senza che insorgano problemi di interfaccia. Anche le singolarità geometriche non costituiscono problemi particolari nell'analisi dello stato tensionale in formulazione discreta. Inoltre, i solidi murari possono essere studiati senza dover far ricorso a tecniche di omogeneizzazione, semplicemente assegnando a malta, mattoni e interfacce malta/mattoni le rispettive proprietà costitutive. Il grado di dettaglio consentito dalla modellazione CM è elevato, permettendo di cogliere gli effetti d'interazione tra i singoli mattoni e di stimare quanto queste interazioni si ripercuotano sulla direzione di propagazione del crack in prossimità dei giunti. Inoltre, il codice è in grado di stimare quanti siano e dove si trovino i punti di enucleazione, rendendo possibile valutare l'interazione tra più crack che propagano contemporaneamente. Essendo un metodo numerico che fornisce una formulazione finita diretta delle equazioni di campo, senza mai fare uso della formulazione differenziale, il CM conserva una scala delle lunghezze intrinseca alla formulazione discreta che viene derivata. Ciò consente di includere nella formulazione discreta gli effetti non-locali senza dover operare sui legami costitutivi dei materiali, che possono rimanere di tipo locale. Il vantaggio ultimo è quello di poter descrivere l'effetto dimensionale e l'effetto scala senza dover far uso di modelli non-locali. Contrariamente a quanto accade con i modelli agli elementi finiti, quindi, l'adozione di un codice CM permette di scindere il concetto di non-località dal comportamento costitutivo, fornendo un notevole contributo all'analisi non-locale della meccanica della frattura, attualmente uno dei temi di maggior rilievo in ambito scientifico internazionale. Una delle principali problematiche ambientali d'attualità riguarda lo smaltimento dei pneumatici a fine uso (PFU) che, a partire dal 2006, non possono più essere accumulati in discarica. Tra le varie proposte di riutilizzo dei PFU, vi è anche quella di includere il granulato di gomma derivante dalla frantumazione del PFU nel mix design delle malte cementizie ad uso strutturale. Le proprietà meccaniche dei calcestruzzi additivati con PFU sono ancora oggetto di studio. I primi risultati sembrano indicare una maggiore deformabilità e minori resistenze caratteristiche rispetto ai calcestruzzi normali. D'altra parte, la tecnica autocompattante permette un discreto recupero di resistenze caratteristiche, al punto da rendere i calcestruzzi con PFU adatti ad usi strutturali. In particolare, la maggiore deformabilità rende i calcestruzzi con PFU particolarmente adatti per le sovrastrutture aeroportuali, in sostituzione delle attuali miscele bituminose, affette da numerose cause di ammaloramento.