Numerical modelling of CPTu in chalk

Chalk is a sedimentary rock, whose mechanical properties are given by grains and bonds between them. Particularly, the latter result to be brittle with respect to the the whole structure. On this light, this material falls into the weak rock and structured soil classes. In order to be able to properly simulate the chalk behaviour, a non associate constitutive law is developed and then implemented in numerical codes. Firstly, in the Runge-Kutta-Felhberg integration scheme at small strains and then into Kratos Multiphysics framework, an object-oriented platform. Particularly, G-PFEM (Geotechnical Particle Finite Element Method) is employed in the latter. It is a Lagrangian numerical technique suitable for large deformation problems that combines the standard FEM with an efficient remeshing algorithm, [Monforte et al., 2019]. Furthermore, since chalk is a brittle collapsible material, prone to localizations, an appropriate numerical technique to handle such peculiar responses is employed, namely a Non Local formulation. The characteristic length is assessed on laboratory scale element test response. Once the constitutive model is calibrated on experimental data obtained from the investigation campaign carried on by [Buckley et al., 2018], CPTu logs are simulated and compared with the experimental ones. Indeed, the aim is to develop a numerical model capable to represent the response of chalk during a rigid body penetration.

Il gesso è una roccia sedimentaria la cui resistenza è data dai grani che lo compongono e dai legami presenti tra loro. In particolare, questi ultimi mostrano un comportamento fragile rispetto a quello della struttura globale del materiale. Infatti, questo tipo di roccia rientra all'interno delle classi di rocce tenere o terreni strutturati. Al fine di simulare adeguatamente il comportamento del gesso, è stata sviluppata una legge costitutiva non associata. Successivamente, questa è stata implementata su codici numerici, come lo schema di integrazione Runge-Kutta-Felhberg a piccole deformazioni e Kratos Multiphysics, una piattaforma object-oriented. In quest'ultima viene utilizzato il G-PFEM (Geotechnical Particle Finite Element Method), un metodo numerico basato sulla formulazione lagrangiana, utile per affrontare problemi a grandi deformazioni. Infatti, esso combina il metodo standard a elementi finiti con un'efficiente algoritmo di raffinamento della mesh, [Monforte et al., 2019]. Inoltre, essendo il gesso un materiale fragile, tendente alle localizzazioni, la formulazione Non Locale risulta utile per rappresentare una tale particolare risposta. La lunghezza caratteristica è stata valutata su test di laboratorio. Una volta che il modello costitutivo è stato calibrato su dati ottenuti dall'indagine sperimentale portata avanti da [Buckley et al., 2018], i profili delle risposte delle CPTu sono stati simulati per poi essere comparati con i profili sperimentali. Infatti, lo scopo di questo lavoro è quello di sviluppare un modello numerico capace di rappresentare la risposta del gesso durante la penetrazione di un corpo rigido.