Modellazione del calcestruzzo fibrorinforzato

Nel presente lavoro si sviluppa uno studio del comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato sia a livello micromeccanico sia a livello macromeccanico. L’analisi micromeccanica viene condotta nell’ambito bidimensionale. Inizialmente si affronta lo studio della risposta a trazione della sola matrice di calcestruzzo, caratterizzata da una distribuzione periodica di fessure. Successivamente l’indagine viene estesa al caso di materiale composito caratterizzato da una distribuzione periodica di fibre e fessure modellando opportunamente l’azione di richiusura delle fibre. A tal fine si effettua un’analisi parametrica di una cella unitaria costituita da una singola fibra immersa nella matrice per indagare sui processi di fessurazione della matrice e di sfilamento della fibra dalla matrice e sulla loro interazione. Lo studio parametrico effettuato fornisce delle valide basi per modellare l’azione di richiusura delle fibre. Si sviluppano delle procedure numeriche in grado di cogliere la risposta non lineare della sola matrice di calcestruzzo e del materiale composito, che studiano la propagazione delle fessure mediate un bilancio energetico ed in particolare utilizzando i modelli ’R-curve’. Si tiene conto, inoltre, della presenza della zona di processo introducendo un modello di frattura coesiva. Le procedure proposte risultano semplici e richiedono un ridotto onere computazionale in quanto si basano sull’elaborazione dei risultati ottenuti da semplici analisi lineari agli elementi finiti. Infatti, le applicazioni numeriche sviluppate mostrano l’efficacia delle procedure nel descrivere la risposta a trazione di materiali fragili e quasi-fragili anche nel caso di rami di softening molto ripidi e di snap-back senza i problemi di convergenza tipici di analisi non lineari al passo. I risultati delle analisi micromeccaniche forniscono dei suggerimenti per lo sviluppo di un modello macromeccanico di danno non locale e plasticità in grado di descrivere il comportamento del calcestruzzo fibrorinforzato a trazione ed a compressione. Il modello macromeccanico di danno per FRC è proposto limitando l’analisi sempre al caso bidimensionale. La regolarizzazione del legame locale avviene mediante l’introduzione del laplaciano della variabile di danno nella funzione limite. Si propone un algoritmo implicito di tipo ’backward-Euler’ per l’integrazione al passo delle equazioni che riguardano l’evoluzione del danno e della deformazione plastica. La tecnica iterativa ’predictor-corrector’ con cui si risolve il problema non lineare al singolo passo temporale, consiste in una fase predictor elasto-plastica ed una fase corrector di danno. L’algoritmo sviluppato è implementato in un codice agli elementi finiti. Sono presentate delle applicazioni numeriche che mettono in evidenza l’efficacia del modello e della procedura numerica sviluppati sia nel descrivere la risposta meccanica del FRC sia nel superare i problemi analitici e numerici legati al fenomeno di localizzazione della deformazione e del danno.