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On the ease of experimental access to deformation entities in granular assemblies

Andò Edward Viggiani Gioacchino
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2018
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2018
DOI:
10.19199/2018.2.0557-1405.044

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Alcune considerazioni sull’accessibilità sperimentale delle grandezze di deformazione in un campione di sabbia alla scala del grano.

L’articolo discute il livello di difficoltà con cui diverse variabili di interesse per la meccanica dei mezzi granulari possono essere misurate a partire da immagini 3D, ottenute attraverso l’uso della tomografia a raggi X nel corso di prove meccaniche su sabbie. È evidente che, affinché una prova sia significativa dal punto di vista meccanico, occorre che il campione contenga un numero sufficientemente elevato di particelle. Dal punto di vista della tomografia a raggi X, questo significa che il fattore cruciale è la dimensione del volume scandito, piuttosto che la risoluzione spaziale delle immagini.  La misura delle grandezze necessarie a descrivere la cinematica di singoli grani di sabbia è relativamente facile (come già abbondantemente dimostrato in lavori precedenti); tuttavia, essa è di modesta utilità dal punto di vista della modellazione matematica del comportamento meccanico dei materiali granulari. Ben più interessante è la possibilità di misurare le proprietà dei contatti tra i grani, poiché è proprio attraverso i contatti che gli sforzi si trasmettono in un materiale granulare. Tale misura si rivela decisamente più complessa, ed è potenzialmente soggetta a errori importanti se non "maneggiata con cura". In questo articolo si presentano e si discutono alcuni metodi che potrebbero facilitare tale tipo di misure. 

This paper pragmatically discusses the ease with which 3D grain-scale variables of interest in soil mechanics can be obtained from 3D images of a natural granular material like sand recorded during a mechanical test. A mechanically meaningful test requires a sufficient number of particles to facilitate comparison to a macro-response at some scale, which in tomographic imaging means favouring the field of view over the spatial resolution. We suggest that grain kinematics are relatively easy to measure (as abundantly shown in previous work) but is of limited use for the mathematical modelling of granular materials. The measurement of inter-particle contact properties – essential to the mechanical transfer of forces throughout a granular assembly – are much more challenging and prone to error if not handled with care. A number of potential methods for facilitating these measurements in the future are presented and discussed.