Modellazione elasto-plastica della risposta di argille poco attive a sollecitazioni chemo-meccaniche

Several environmental variables may influence the hydro-mechanical behaviours of clays, whose impact depend on their mineralogical composition and fabric. In particular, chemical solicitations proved to have a relevant influence on clays. Significant chemo-mechanical coupling occurs in high activity clays, generally used in engineering as a barrier material, e.g. in the context of landfill liners, cut-off walls or nuclear waste disposal. However, concentration changes also affect the response of non-active clays. Non-active clays are present in many natural environments and their mechanical response under variations of pore fluid chemical composition may be problematic in many situations. An example is that of Scandinavian quick clays, where desalination with fresh water induced by natural phenomena is the cause of volumetric collapse and slope instability. In order to reproduce the response of non-active clays subjected to chemo-mechanical solicitations, a constitutive model is proposed. The model is formulated in the framework of the theory of elasto-plasticity with generalised hardening and developed on the basis of the interpretation of experimental data coming from the literature. The model proves able to reproduce the chemo-mechanical behaviour of remoulded, compacted and natural non-active clays. Finally, a potential extension to active clay is proposed.

Le proprietà idrauliche e meccaniche delle argille possono essere influenzate da diverse variabili ambientali, il cui impatto dipende dalla composizione mineralogica e dalla struttura delle argille stesse. Particolarmente significativa è l’influenza delle sollecitazioni chimiche, soprattutto per le argille attive, usate in molte applicazioni ingegneristiche come materiali da barriera, per esempio nei rivestimenti sul fondo di discariche, nei diaframmi plastici o per lo stoccaggio di rifiuti nucleari. Tuttavia, un cambio di composizione chimica del fluido interstiziale può impattare anche la risposta di terreni poco attivi. Questi materiali sono presenti in diversi ambienti naturali e la loro risposta meccanica a variazioni della composizione chimica del fluido interstiziale può essere problematica in molte situazioni. Un esempio è quello delle argille scandinave, meglio note come quick clays, per le quali il processo di desalinizzazione con acqua dolce, indotto da fenomeni naturali, è causa di collasso volumetrico e di instabilità dei versanti. In questa tesi si propone un modello costitutivo per riprodurre la risposta di argille poco attive soggette a sollecitazioni chemo-maccaniche. Il modello è stato formulato nell’ambito della teoria dell’elasto-plasticità con incrudimento generalizzato e sviluppato sulla base dell’interpretazione di dati sperimentali da letteratura. Il modello si dimostra in grado di riprodurre il comportamento chemo-meccanico di argille poco attive ricostituite, compattate e naturali. Infine, si propone una possibile estensione al caso di argille attive.