L’obbiettivo generale di GFAS è quello di fornire gli strumenti analitici necessari alla valutazione delle deformazioni e delle tensioni delle strutture piane a sostegno diretto delle analisi geotecniche.
Il programma prevede tre tipologie basilari di analisi:
-L’Analisi lineare elastica
che può essere utilizzata per eseguire l’analisi ad elementi finiti di una membrana o ogni altra geometria soggetta a tensione piana, deformazione piana o tensione e deformazione assialsimmetrica. Le condizioni di tensione e deformazione piana sono due stati di tensione bidimensionali simili. Quando le forze sono applicate su una piastra sottile bidimensionale sul suo stesso piano, lo stato delle tensioni e delle deformazioni è chiamato stress piano. Un esempio tipico è quello delle pareti di taglio che, essendo assimilabili ad una piastra sottile, presenteranno principalmente tensioni nel piano. Non sono previste restrizioni per le deformazioni al di fuori di esso. D’altra parte, un solido prismatico soggetto a carico costante normale al suo asse può essere analizzato come una sezione bidimensionale di lunghezza infinita e spessore unitario evidenziando una deformazione piana.
-L’analisi a capacità portante
si effettua valutando la risposta di un materiale, con comportamento non lineare, sottoposto ad un carico. Imposte quindi le condizioni di deformazione piana, al fine di monitorare il comportamento elasto-plastico, i carichi sono applicati in maniera incrementale. Il metodo effettua le iterazioni con valori di rigidezza costante, cosicché il processo di fattorizzazione della matrice delle rigidezze, che si presenta relativamente lungo, è chiamato soltanto una volta, mentre la fase si sostituzione all’indietro è richiamata ad ogni iterazione. Sono stati implementati diversi criteri di rottura per descrivere la resistenza dei terreni: per suoli dotati di attrito e coesione è appropriato l’utilizzo del criterio di Mohr Coulomb, mentre per argille non drenate può essere utilizzato il criterio di Von-Mises.
-L’analisi di stabilità di versante
viene effettuata dal software riducendo, in modo graduale, i parametri caratteristici dei terreni finché la convergenza del metodo non fallisce. Si valuta il fattore di sicurezza (FS), definito come il rapporto che intercorre tra la tangente dell’angolo d’attrito interno e la coesione: i parametri sono, quindi, ridotti per ottenere il fallimento del criterio mantenendo costante il carico gravitazionale. Questo procedimento è del tutto opposto a quello che si effettua nell’analisi a capacità portante in cui, invece, la rottura viene indotta aumentando i carichi ma mantenendo costante i parametri dei materiali. Il programma fornisce, inoltre, informazioni sulle deformazioni allo stato di esercizio ed è inoltre in grado di monitorare la progressiva rottura includendo la rottura a taglio complessiva. La versione attuale è applicabile solo in caso di problemi bidimensionali con deformazione piana. Sia il modello costitutivo di Mohr Coulomb che di Von Mises possono essere adoperati per descrivere le proprietà di resistenza dei terreni e delle rocce. I carichi gravitazionali sono generati in maniera automatica e applicati al versante in un singolo incremento. I parametri di resistenza del terreno che vengono utilizzati nell’analisi elasto-plastica sono ricavati come:
dove SRF è il fattore di riduzione della resistenza. Diversi valori crescenti del SRF si ottengono finché l’algoritmo non fallisce la convergenza, e a quel punto il fattore SRF determinato si assume come un fattore di sicurezza. In realtà ciò significa che nessuna configurazione delle distribuzioni delle sollecitazioni raggiunta è in grado di soddisfare il criterio di rottura e determinare l’equilibrio globale. La non convergenza entro un dato numero di iterazioni (specificate dall’utente) è adatta a essere un chiaro indicatore dell’instabilità del versante da associare all’incremento degli spostamenti. Solitamente il valore del massimo spostamento nodale a rottura manifesta una notevole variazione rispetto a quello precedente al fallimento della convergenza.
-L’analisi per fasi di costruzione
si compie incrementando, da 0 ad 1, i carichi in ogni fase di costruzione. In questo modo, se si raggiunge il valore unitario, la fase di costruzione corrente è completa e termina in modo da passare alla prossima fase di costruzione. Se il calcolo si conclude quando il valore del carico è inferiore ad 1, il programma arresta l’analisi perché si è verificato il meccanismo di rottura.