Quando viene applicata una forza al terreno o alla sabbia, le particelle si riorganizzano per formare un impaccamento più denso, con conseguente aumento della resistenza. Questo fenomeno è noto come densificazione del suolo. Tuttavia, l’esatto meccanismo attraverso il quale i colpi ripetuti aumentano la densificazione del suolo non è stato ben compreso.
Per indagare su questo, il gruppo di ricerca dell'IIS ha condotto una serie di esperimenti utilizzando una macchina per prove di impatto appositamente progettata. Hanno lasciato cadere una sfera d'acciaio da diverse altezze su un campione di sabbia e hanno misurato la forza necessaria per penetrare nella sabbia. Il team ha osservato che la resistenza alla penetrazione aumentava con l’energia dell’impatto, indicando che la sabbia diventava più forte quando veniva colpita più forte.
Per ottenere informazioni dettagliate sui meccanismi sottostanti, il team ha eseguito ulteriori esperimenti utilizzando telecamere ad alta velocità e scansione con tomografia computerizzata a raggi X (CT). Le registrazioni della telecamera ad alta velocità hanno rivelato che l'impatto della sfera d'acciaio ha generato onde d'urto ad alta velocità che si sono propagate attraverso la sabbia. Queste onde d’urto hanno indotto la riorganizzazione e la densificazione delle particelle, con conseguente aumento della resistenza del suolo.
Le scansioni TAC a raggi X hanno fornito immagini dettagliate della struttura interna del campione di sabbia prima e dopo l'impatto. Le immagini hanno confermato la riorganizzazione delle particelle di sabbia e hanno mostrato la formazione di regioni più dense all'interno del campione. Queste regioni più dense hanno contribuito all’aumento complessivo della resistenza del suolo.
I risultati del team forniscono preziose informazioni sul comportamento del suolo e della sabbia sottoposti a carichi di impatto ripetuti. Comprendere questo meccanismo è essenziale per progettare e ottimizzare le strutture che interagiscono con il suolo o la sabbia, come fondazioni, terrapieni e basi stradali. Considerando gli effetti del carico di impatto ripetuto, gli ingegneri possono garantire la sicurezza e l'integrità di queste strutture in varie applicazioni.
I risultati della ricerca sono pubblicati sulla prestigiosa rivista "Nature Communications" e rappresentano un progresso significativo nella nostra comprensione della meccanica del suolo e dell'ingegneria geotecnica.
