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Macroelement approaches for geotechnical problems: a promising design framework?

Galli Andrea
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2020
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2020
DOI:
10.19199/2020.2.0557-1405.026

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L’approccio del Macroelemento per problemi geotecnici: un valido supporto per la progettazione? 

Gli approcci “per Macroelementi” sono stati sviluppati in Geotecnica negli ultimi quaranta anni circa con l’intento di giungere ad una descrizione semplificata, ma sufficientemente accurata, di problemi di interazione tra terreno e struttura. L’idea, in particolare per fondazioni superficiali, è di definire un quadro interpretativo alla macroscala della struttura, basato su variabili generalizzate di sforzo e deformazione e capace riprodurre anche storie e combinazioni di carico complesse. Da allora numerosi sviluppi sono stati proposti, estendendo le formulazioni ad altre tipologie di fondazioni e includendo approcci costitutivi via via più complessi, tanto che ad oggi gli approcci per macroelementi possono certamente essere considerati come un valido e versatile strumento di modellazione. Nonostante questi importanti e riconosciuti sviluppi a livello scientifico, tali teorie non trovano ancora largo impiego nella pratica ingegneristica, sebbene potrebbero comportare significativi benefici in termini di riduzione dell’onere computazionale, e consentire al contempo l’adozione un quadro teorico affidabile e consistente. Nell’articolo, dopo un breve richiamo ai principali concetti teorici sviluppati in questi ultimi decenni, verranno presentate varie applicazioni di approcci per macroelementi a differenti problemi di interazione tra terreno e struttura, con anche estensioni ad approcci costitutivi avanzati ed a problemi in grande scala, quali quelli legati alla protezione del patrimonio culturale e di infrastrutture strategiche. A parere dell’autore, tali approcci potrebbero non solo essere di aiuto nel definire nuovi ed efficienti metodi progettuali utili ai professionisti, ma potrebbero anche (e forse soprattutto) costituire un felice esempio di trasferimento di competenze scientifiche nel campo dell’Ingegneria Geotecnica.

Macroelement approaches in Geotechnical Engineering have been developed since late ’80 of the past century with the aim of getting a simplified – yet accurate – description of the mechanical response of shallow foundations to complex loading histories. The key concept is to define a macroscopic interpretative tool for a soil-structure interaction problem, which is inherently a complex multiscale problem. From that starting point, a number of successive extensions to other foundation typologies and geometries, and modifications towards more and more complex constitutive assumptions have been introduced, making nowadays the “macroelement” concept a very versatile and efficient approach. Despite such an important development at the scientific and research level, macroelement theories do not yet represent standard interpretative and design frameworks for geotechnical engineers, albeit the implementations of such simplified generalized constitutive relationships would imply substantial benefits, mainly in terms of reduction of computational effort. In the paper, after a brief recall of the main steps in the macroelement theory’s developments, some field applications to large real scale soil-structure interaction problems as well as to possible extensions to advanced modelling issues will be presented. By taking advantage of such critical discussion, the paper is intended to fruitfully contribute to the development of a “macroelement perspective” which – at author’s feeling – could be largely beneficial not only for design purposes but, more in general, for the scientific transfer of geotechnical expertise.