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IMPLEMENTATON AND VALIDATION OF ADVANCED CONSTITUTIVE MODELS FOR THE ANALYSIS OF HYDRO-THERMO-MECHANICAL INTERACTIONS IN GEO-ENVIRONMENTAL ENGENEERING PROBLEMS
No full textIn recent years increasing interest in thermo-hydro-mechanical analysis of multiphase porous materials, i.e. saturated and partially saturated porous materials, is observed, because of a wide spectrum of their engineering applications. An area of particular interest is Environmental Geomechanics, where some challenging problems are of interest. Examples are subsidence above gas reservoirs, injection of fluids into deep or superficial aquifers, long-term storage of carbon dioxide, onset of flowslides and catastrophic landslides, nuclear and other hazardous waste disposal and stability of salt marshes.
In all the aforementioned situations, the soil or rock need to be considered as multiphase porous medium in isothermal or non-isothermal conditions, made of a solid phase and voids containing one or more fluids, in which the interaction between all the components of the material cannot be neglected. In case of liquid and gaseous fluids, capillary effects cannot be a priori neglected and also phase change for liquid water and its vapour can play a role.
This thesis aims to contribute to develop a general framework for the computational analysis of geo-environmental engineering problems analysed as coupled multi-physics processes.
To this end, advanced constitutive models for isothermal and non-isothermal water saturated or unsaturated soils have been implemented and numerically validated in the finite element code COMES-GEO.
In this THM model the porous medium is assumed to be a multiphase system where interstitial voids of the deforming solid matrix may be filled with liquid water, water vapour and dry air or other gas. To handle this multiphase system, an analytical multi-scale approach has been used by the general frame of averaging theories in deriving the governing balance equations. These equations have been discretized in space and time by means of the finite element method for a numerical solution.
These following advanced constitutive models for soil have been implemented:
1. ACMEG-T for water saturated clays in non isothermal condition;
2. ACMEG-TS for water saturated and partially saturated clays in non isothermal condition;
3. Pastor-Zienkiewicz for water saturated sands in isothermal condition;
4. Bolzon-Schrefler-Zienkiewicz for partially saturated sands in isothermal condition;
5. Bolzon-Schrefler for partially saturated sands in non isothermal condition.
Validation of the implemented models was performed by comparison between the F.E.M. results and the results obtained by experimental tests or by the model driver. Three different tests were simulated: isotropic compression test, oedometric compression test and triaxial compression test in different conditions of confining pressure, temperature and suction and for different kind of soils. This comparison was done in cooperation with the research group of Prof. Lyesse Laloui (EPFL of Lausanne) and the research group of the Prof. Manolo Pastor (UPM of Madrid).
Preliminary results concerning typical geo-environmental problems such as the thermo-hydro-mechanical behaviour of deep nuclear waste disposal in a geological clay formation and the simulation of the subsidence above gas reservoirs due to gas production close this present work, pointing out that with a sufficiently general thermo-hydro-mechanical model the main couplings occurring in soils may be reproduced in a relevant manner and that very different situations can be modelled without special assumptions.Negli ultimi anni è aumentato notevolmente l’interesse per le analisi termo-idro-meccaniche sui mezzi porosi multifase, che possono essere ad esempio analisi rivolte allo studio del comportamento dei terreni in parziale o totale saturazione, per via della vasta gamma di applicazioni ingegneristiche che è possibile investigare. In particolare un’area di grande interesse è rappresentata dai problemi di Geomeccanica Ambientale, dove si incontrano fenomeni di considerevole importanza per la salvaguardia della società.
Alcuni esempi sono la subsidenza dovuta all’estrazione di gas dal sottosuolo, iniezione di fluidi dentro acquiferi profondi o superficiali, stoccaggio a lungo termine di biossido di carbonio per la mitigazione del riscaldamento globale, innesco di frane, stoccaggio di scorie nucleari o pericolose e la stabilità delle barene marine.
In tutte le situazioni menzionate, il terreno deve essere considerato come un mezzo poroso multifase, in condizioni anche non isoterme, costituito da uno scheletro solido e da vuoti riempiti da uno o più fluidi dove le interazioni fra tutti i costituenti non possono essere trascurate. In particolare nel caso di fluidi liquidi e gassosi, l’effetto delle pressioni capillari non può essere tralasciato a priori, come anche il cambiamento di fase dell’acqua liquida e del vapor acqueo.
Lo scopo di questa tesi di dottorato è quello di contribuire a sviluppare uno strumento di carattere generale per l’analisi computazionale di problemi ingegneristici di geomeccanica ambientale e questo è stato fatto mediante l’implementazione e la validazione numerica di due modelli costitutivi avanzati nel codice agli elementi finiti COMESGEO.
Considerando il mezzo poroso multifase costituito da uno scheletro solido deformabile dove i vuoti possono essere riempiti da acqua, vapore e aria secca (o un altro gas), tramite un approccio multiscala basato sulla teoria ibrida delle miscele, con opportune procedure di media sono state derivate le equazioni di bilancio del modello. Queste equazioni sono state poi discretizzate nello spazio e nel tempo per poter ottenere una soluzione numerica col metodo degli elementi finiti.
I modelli costitutivi implementati sono i seguenti:
1. ACMEG-T per argille sature in condizioni non isoterme;
2. ACMEG-TS per argille parzialmente sature in condizioni non isoterme;
3. Pastor-Zienkiewicz per sabbie sature in condizioni isoterme;
4. Bolzon-Schrefler-Zienkiewicz per sabbie parzialmente sature in condizioni isoterme;
5. Bolzon-Schrefler per sabbie parzialmente sature in condizioni non isoterme.
La validazione dell’implementazione numerica dei modelli costitutivi è stata fatta tramite il confronto fra i risultati F.E.M. e risultati sperimentali od ottenuti con il driver del modello. Le prove simulate sono di tre tipi: compressione isotropa, compressione edometrica e compressione triassiale eseguite in differenti condizioni di pressione di confinamento, temperatura e grado di saturazione per diversi tipi di materiale. Il lavoro di validazione è stato svolto in collaborazione col gruppo di ricerca del Prof. Lesse Laloui (EPFL di Losanna) e quello del Prof. Manolo Pastor (UPM di Madrid).
Infine vengono mostrati alcuni risultati preliminari riguardanti due tipici problemi di Geomeccanica Ambientale, quali lo stoccaggio di scorie nucleari e la subsidenza, per dimostrare come con un modello termo-idro-meccanico di carattere sufficientemente generale, senza particolari assunzioni, sia possibile studiare un numero rilevante di problematiche inerenti i problemi di accoppiamento nei terreni
STUDIO DELL'ISOLAMENTO ACUSTICO IN LABORATORIO DI MATERIALI PROVENIENTI DA RICICLO APPLICATI ALLE STRUTTURE EDILIZIE
No full textThe acoustic insulation of elements and materials for building construction is becoming more and more important in Italy due to the recent evolutions in the Italian national regulation. This work concerns the experimental studies on sound insulation and reduction of floors and walls, principally using materials made of recycled rubber and synthetic fibrous panels. In particular, impact noise of floors was investigated, taking also into account the mechanical properties of tested materials. The tests were carried out in a new laboratory, built especially for the evaluation of acoustic properties of building elements. The laboratory has an opening, for testing the transmission loss of walls, and two floors: one is a reference concrete slab and the other is a beam and clay block floor with flanking transmission suppression. The steps of the laboratory construction and the procedure adopted for the qualication of sound fields in the rooms are described in this work. The qualication was carried out for transmission loss and impact noise measurements, with
some limitations for the airborne sound insulation of floors. The impact noise of floors was studied considering different issues. The two bare floors acoustic behaviour has been analyzed, pointing out the different sound emission, that is due to the technical characteristics of the building elements. The correlation between impact noise reduction and dynamic stiffness of materials used in floating floors has been studied, in particular as regarding the influence of sample preparation and the choice of the predictive formulas. For some materials, repeated measurements have been carried out, to analyze the influence of the screed aging during impact noise reduction laboratory tests, with the aim of reducing the test waiting time. Impact noise reduction of resilient underfloor heating systems has been investigated: the products have been tested on both laboratory floors to check the influence of the base structure and the evaluation methods; different floor finishings have
also been tested. Furthermore, airborne sound reduction of walls was studied to improve the knowledge of the influence of recycled materials (in particular rubber and synthetic fibrous panels) on the acoustic performance of gypsum and covered brick walls. For some of the samples, the influence of electric equipments was also studied.La conoscenza delle proprietà di isolamento acustico degli elementi edilizi e dei materiali sta assumendo rilevanza sempre maggiore, a causa dei cambiamenti legislativi e normativi
degli ultimi anni in materia di requisiti acustici passivi degli edici in Italia. Il presente lavoro raccoglie le attività sperimentali e gli studi effettuati sull'isolamento dei rumori di calpestio e del rumore aereo condotti su solai e pareti mediante l'utilizzo di specifici materiali, in gran parte provenienti dal riciclo di gomme e fibre sintetiche. In particolare sono state approfondite le problematiche relative al rumore di calpestio di solai, anche
in relazione alle caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati. La sperimentazione è stata condotta in un laboratorio privato di nuova costruzione, dotato di una cornice di prova per la misura del potere fonoisolante di pareti e di due solai non rimovibili in calcestruzzo ed in latero-cemento con soppressione delle trasmissioni laterali. Vengono descritte le diverse fasi della costruzione del laboratorio e la procedura adottata per la
messa a punto, mediante lo studio e l'applicazione dei metodi normati di qualificazione dei campi sonori delle camere di prova. Gli ambienti del laboratorio sono stati qualificati per quanto riguarda le misure di potere fonoisolante di pareti e dell'isolamento di rumore di calpestio dei due solai; inoltre è stata affrontata la qualicazione per prove di isolamento del rumore aereo dei solai, con qualche limitazione. Lo studio dell'isolamento dei rumori di calpestio su solai è stato affrontato sviluppando diverse tematiche. Sono stati analizzati i comportamenti dei due solai nudi, mettendo in evidenza le differenze dell'emissione sonora in relazione alle caratteristiche costruttive dei due sistemi. È stata analizzata la correlazione tra riduzione di livello di pressione sonora di calpestio e rigidità dinamica dei materiali usati come sottofondo nei pavimenti galleggianti, mettendo in evidenza le criticità legate alla preparazione dei campioni ed alla scelta delle formule previsionali teoriche. Una parte dei dati disponibili sono stati utilizzati per studiare l'influenza della stagionatura del massetto gettato in laboratorio sulla determinazione degli indici di valutazione del livello di rumore di calpestio e di riduzione del rumore di calpestio, per vericare la possibilità di ridurre i tempi di esecuzione delle prove in laboratorio. Sono state studiate le proprietà di isolamento del rumore di calpestio per sistemi di riscaldamento a pavimento dotati di caratteristiche resilienti: i prodotti sono stati misurati sui due solai, per vericare l'influenza della struttura di base ed i metodi di valutazione. Nell'analisi è stata inclusa anche l'influenza della finitura superficiale dei pavimenti. Lo studio sull'isolamento del rumore aereo di pareti è stato affrontato con l'obiettivo di indagare le prestazioni dei materiali in gomma e fibre sintetiche provenienti
da riciclo applicati a pareti leggere in cartongesso ed a pareti in muratura rifoderate. Per alcune soluzioni è stata vericata l'influenza di particolari condizioni di posa in opera, ad esempio la presenta di reti impiantistiche
L'impatto della Corporate Social Responsability sugli strumenti di misurazione e di comunicazione delle performance aziendali
No full textLa ricerca ha indagato il grado di diffusione dell’orientamento verso la CSR nel panorama delle grandi imprese italiane, analizzando un campione di 120 grandi imprese e tre casi di studio (Enel, Granarolo, Sabaf). Sono stati studiati: i driver che spiegano l’orientamento alla CSR delle grandi imprese; i principali strumenti adottati dalle grandi imprese per declinare operativamente la propria responsabilità sociale; gli impatti che tale orientamento produce sui tipici strumenti gestiti dalla Funzione Amministrazione e Controllo, segnatamente il reporting direzionale e gli altri strumenti di comunicazione volontaria (ad esempio bilancio sociale, bilancio ambientale, reporting di sostenibilità); le modalità di integrazione dei contenuti dei sistemi di reporting direzionale e di comunicazione volontaria in ottica di CSR (adozione di standard di riferimento, personalizzazione dei contenuti da parte di ogni specifica realtà aziendale, eccetera); i vantaggi e le problematiche connesse all’adozione delle logiche di CSR a livello di strumenti amministrativi e di reporting direzionale.
La ricerca ha indagato, in particolare, le relazioni esistenti tra orientamento strategico in ottica di CSR e di sviluppo sostenibile e impatti sulla gestione aziendale, con riferimento agli strumenti impiegati e alle unità organizzative coinvolte. Particolare attenzione è stata dedicata agli strumenti di misurazione e comunicazione delle performance
Analisi comparativa delle prestazioni acustiche di pareti leggere
No full textLe pareti leggere in cartongesso sono generalmente dotate di buone prestazioni fonoisolanti, soprattutto se l’intercapedine viene riempita con specifici materiali assorbenti. Rispetto agli allestimenti in laboratorio, l’installazione delle pareti leggere in opera può essere accompagnata da rilevanti perdite di fonoisolamento dovute principalmente alle trasmissioni laterali, alla presenza degli impianti elettrici e sanitari, oppure ad errori di posa. In questo lavoro sono stati raccolti dati di potere fonoisolante provenienti da misure in laboratorio, riguardanti oltre cinquanta pareti in cartongesso contenenti materiali riciclati, in particolare pannelli in gomma pressata e fibre di poliestere, per valutarne le prestazioni globali e studiare una possibile interazione tra i diversi componenti. Inoltre, sono state condotte alcune verifiche sulle perdite di potere fonoisolante in laboratorio, a causa dell’inserimento degli impianti elettrici
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
No full textThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Analisi sperimentale dell’incremento delle prestazioni acustiche di solai in legno
No full textTra le diverse tipologie di solai in legno, quella a travetti e tavolato è forse una delle più diffuse, non solo nell'edilizia storica ma anche in quella di recente realizzazione. Questo tipo di elemento costruttivo è spesso caratterizzato da prestazioni acustiche modeste, principalmente a causa della scarsa massa strutturale che lo contraddistingue. Tuttavia, con adeguate tecniche di intervento, possono essere conseguiti notevoli incrementi delle prestazioni di fonoisolamento e di riduzione del livello di calpestio, sia in laboratorio che in opera. In questo lavoro vengono presentati i risultati della caratterizzazione acustica in laboratorio, secondo le norme della serie ISO 10140, di solai in legno a travetti e tavolato con l’applicazione di diverse possibili tecniche di incremento delle prestazioni
Valutazione del tempo di maturazione dei massetti nella determinazione del livello di calpestio dei solai
No full textLa norma UNI EN ISO 140-8, per la determinazione della riduzione di rumore di calpestio trasmesso da rivestimenti di pavimentazioni in laboratorio, prescrive un tempo di stagionatura di tre settimane prima della misura nel caso di massetti galleggianti in calcestruzzo. Tale raccomandazione deriva dalla necessità di sollecitare la struttura solo dopo il completamento delle reazioni chimiche di indurimento del legante cementizio e ed eliminata la maggior parte dell’umidità dell’impasto. Il tempo di stagionatura dei massetti condiziona fortemente le tempistiche dell’attività di laboratorio, per cui è stata condotta una verifica su alcuni allestimenti, analizzando i livelli di rumore di calpestio normalizzato per circa un mese per ciascun campione, con lo scopo di valutare se una eventuale riduzione dei tempi di attesa porti ad un risultato compreso entro l’errore di misura
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
No full textWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
Analisi comparativa delle prestazioni acustiche in laboratorio di pareti rivestite
No full textI recenti sviluppi di mercato nel settore dell’edilizia hanno determinato una crescen-te necessità, per le aziende produttrici di materiali per l’isolamento acustico, di offrire nuove soluzioni dedicate agli interventi di risanamento di edifici esistenti. La possibilità di incrementare le prestazioni acustiche di edifici, che non soddisfano appieno i requisiti acustici passivi minimi definiti dal D.P.C.M. 5/12/1997, è importante anche alla luce dei criteri di classificazione definiti nella norma tecnica UNI 11367, la principale novità normativa di settore.
In questo lavoro viene presentata un’analisi sperimentale condotta in laboratorio per lo sviluppo e l’ottimizzazione di prodotti per l’isolamento acustico del rumore aereo in applicazioni di rivestimento di pareti in muratura. I materiali testati sono in gran parte provenienti da riciclo, in abbinamento a strati di finitura in cartongesso
Multi-physics modelling of thermo-elasto-plastic saturated/unsaturated porous materials
No full textThis paper presents a formulation for the computational analysis of thermo-elasto-plastic multiphase porous materials based on Porous Media Mechanics, with the aim to simulate geo-environmental engineering problems analysed as multi-physics coupled problems.
The numerical model is based on a fully coupled heat and multiphase flow model in deforming porous media. The porous medium is assumed to be a multiphase system where interstitial connected voids of the solid matrix may be filled with liquid water, water vapour and dry air. To handle this multiphase system, the general frame of averaging theories is used in deriving the governing equations. Phase changes of water (evaporation-condensation, adsorption-desorption) and heat transfer through conduction and convection, as well as latent heat transfer are considered.
The elasto-plastic behaviour of the solid skeleton is assumed homogeneous and isotropic; the effective stress state is limited by the temperature and capillary pressure dependent ACMEG-Ts yield surface. The governing equations are discretized in space and time by means of the finite element method.
The numerical examples will show applications of the full set of equations. In choosing the examples, validation of the model will be kept in mind. Validation of the implementation of the constitutive model is made by selected comparison between model simulation and experimental results for different combinations of thermo-hydro-mechanical loading paths. Coupled heat, water and gas flow in deforming porous media are validated against existing numerical solutions, e.g. [1]. The constitutive laws are validated against physical experiments in saturated and unsaturated conditions. Applications to the modelling of non-isothermal elasto-plastic consolidation at different partially saturated initial conditions or due to heating or desiccation are described
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