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PORTALE DELLA DIDATTICA

Mechanics of Porous Media

04FDENG

A.A. 2021/22

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Matematica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 60
Tutoraggio 10
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Musso Guido   Professore Ordinario ICAR/07 18 0 0 0 6
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ICAR/07 6 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
Valutazione CPD 2021/22
2021/22
Il corso ha la finalità di descrivere vari modelli matematici che trovano applicazione nell'ingegneria civile e ambientale e nella biomeccanica. Partendo della struttura microscopica dei mezzi porosi e dei sistemi multifase, se ne introduce la descrizione a livello macroscopico. Vengono quindi approfonditi gli aspetti relativi alle equazioni di bilancio e ai legami costitutivi, discutendo in dettaglio il modello elasto-plastico con incrudimento. Si passa quindi alla formulazione di modelli aventi applicazioni relative ai mezzi geologici (di interesse nel contesto civile ed ambientale) e ai tessuti biologici. Tra le applicazioni civili ed ambientali sono trattate la sedimentazione e la consolidazione dei terreni, il comportamento chemo-meccanico delle argille utilizzate nelle barriere di ingegneria e la dinamica di frane e valanghe. Tra le applicazioni di biomeccanica particolare spazio viene dato alla modellazione delle cartilagini articolari e delle masse tumorali.
The course aims at describing some mathematical models of use in civil and environmental engineering and in biomechanics. The microstructural description of porous media and multiphase systems is briefly introduced, justifying the upscaling at a macroscopic scale. Balance equations and constitutive relationships at the macroscopic scale are then discussed, with emphasis on the formulation of elasto- hardening plastic constitutive laws. Mathematical models aimed at the description of physical processes are successively developed on the basis of the balance equations and of the constitutive laws. These models find application in the fields of earth sciences, geotechnics and biomechanics.
Obiettivo del corso è far acquisire all'allievo i principi della meccanica dei mezzi porosi e dei sistemi multifasici e le principali applicazioni.
The students are expected to learn the fundamental aspects of mechanics of porous media and multiphase systems, together with some models for specific applications.
Meccanica dei Continui
Continuum Mechanics
Parte prima: fondamenti della meccanica dei mezzi porosi 1. Struttura dei mezzi porosi e definizione dell'elemento di volume rappresentativo, 2. Fasi e interazioni tra le fasi, 3. Descrizione macroscopica dei mezzi porosi, 4. Formulazione Euleriana e Lagrangiana delle equazioni di bilancio. Parte seconda: legami costitutivi 1. Legami costitutivi, 2. Il modello elastico, 3. Il modello elasto-plastico con incrudimento. Parte terza: Alcuni fenomeni specifici Applicazioni ai mezzi biologici: Trasporto e problemi meccanici in biomeccanica, con particolare riferimento a: – cartilagini articolari, – masse tumorali. Applicazioni riguardanti mezzi geologici (civili, ambientali, minerarie) - Sedimentazione, consolidazione, subsidenza, - Moti di fluidi a densità variabile in presenza di gradienti termici e di composizione, - Metodo di J. Bear della ‘media lungo la verticale’, - Moti fluidi a densità variabile in mezzi porosi fratturati, - Trasporto di inquinanti e comportamento chemo-meccanico delle argille attive, - Modellazione della dinamica di propagazione e deposito di fenomeni franosi rapidi.
Part 1: Fundamentals of mechanics of porous materials 1. Structure of porous media and definition of the Representative Elementary Volume, 2. Phases and interaction among phases, 3. Macroscopic description of porous media, 4. Eulerian and Lagrangian description of the balance equations. Part 2.: Constitutive laws 1. Introduction to constitutive laws, 2. Elastic models, 3. Elasto-plastic hardening models. Part 3: Models and modeling issues: Applications to biological media: Transport and mechanical problems in biomechanics, with particular reference to: - articular cartilages, - tumor masses. Applications to geological media (civil and environmental issues) - Sedimentation, consolidation, subsidence, - Flow of fluids with variable density in presence of thermal and composition gradients, - Flow of fluids with variable density in fractured porous media, - Transport of chemical species and chemo-mechanical behavior of active clays, - Dynamics of propagation and deposition of rapid landslides.
L'insegnamento è organizzato in lezioni teoriche ed applicative. Le parti applicative, pur avendo validità generale, si ricollegano all'attività di ricerca dei docenti coinvolti nel corso. Queste forniscono poi la base per un approfondimento progettuale, da svilupparsi in gruppo e redigere in forma di relazione, che andrà discussa in sede di orale. L'argomento della relazione viene concordato tra docenti e singoli gruppi.
The course is organized in theoretical and applicative lessons. The applicative lessons, although having general validity, are linked to the research activity of the teachers involved in the course. They also provide the basis for projects , to be developed in a group and drawn up in the form of a report, which will be discussed during the oral exams. The topic of the projects is discussed and selected jointly by the teachers and the groups.
R. Lancellotta (2012). Geotecnica. Zanichelli, 4° edizione (capitoli 2, 3, 4, 7). A. Romano, R. Lancellotta, A. Marasco (2004). Continuum Mechanics using Matematica: Fundamentals, Applications and Scientific Computing with Matematica. Birkhauser. Per la parte sulle applicazioni sono a disposizione sul portale della didattica degli appunti delle lezioni
R. Lancellotta (2009). Geotechnical Engineering. Taylor & Francis, London. (chapters 2, 3, 4, 7). A. Romano, R. Lancellotta, A. Marasco (2004). Continuum Mechanics using Matematica: Fundamentals, Applications and Scientific Computing with Matematica. Birkhauser. For the part on the applications Lectures Notes are available on the "Portale della Didattica"
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
La valutazione dell'apprendimento sarà articolata in due fasi, cui verrà dato la medesima importanza ai fini della decisione del voto finale. Fase 1: Discussione di un progetto, su un argomento da concordare con i docenti, che gli studenti dovranno elaborare in gruppo. Il numero massimo di studenti che potranno far parte di uno stesso gruppo verrà deciso al momento dell'assegnazione dei singoli progetti. Fase 2: Sostenimento di una prova orale volta a verificare la conoscenza degli aspetti generali e di base della materia. Durante la prova orale, che avrà durata di circa 20 minuti, i docenti valuteranno il livello di maturità raggiunto dagli studenti sugli argomenti presentati a lezione, ponendo almeno una domanda per ciascuna delle tre parti di cui è composto il corso. La valutazione di ciascun candidato sarà tanto migliore quanto più il candidato stesso mostrerà padronanza di linguaggio, chiarezza espositiva, e capacità di sintetizzare i passaggi logici che legano fra loro i fondamenti della Meccanica dei Mezzi Porosi, le teorie costitutive, ed i modelli matematici presentati per descrivere alcuni dei fenomeni specifici incontrati nel corso.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
The evaluation will be equally based on: The discussion of the results of a project that the students will carry out in groups. Each project will be on a theme agreed between the members of each group and the professors. Each group will be formed by a maximum number of students to be determined when the project will be assigned; An oral exam aimed at verifying the knowledge of the fundamentals of the mechanics of porous media. The oral exam will last approximately 20 minutes, with at least one question for each of the parts of the program of the course. The student will have to show that he/she acquired the language skills and the logical synthesis required to use the fundamentals of the Mechanics of Porous Media, the constitutive models and the mathematical issues, for the formulation of models aimed at reproducing phenomena such as those discussed in the third part of the course.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale; Elaborato progettuale in gruppo;
La valutazione dell'apprendimento sarà articolata in due fasi, cui verrà data la medesima importanza ai fini della decisione del voto finale. Fase 1: Discussione di un progetto, su un argomento da concordare con i docenti, che gli studenti dovranno elaborare in gruppo. Il numero massimo di studenti che potranno far parte di uno stesso gruppo verrà deciso al momento dell'assegnazione dei singoli progetti. Fase 2: Sostenimento di una prova orale volta a verificare la conoscenza degli aspetti generali e di base della materia. Durante la prova orale, che avrà durata di circa 20 minuti, i docenti valuteranno il livello di maturità raggiunto dagli studenti sugli argomenti presentati a lezione, ponendo almeno una domanda per ciascuna delle tre parti di cui è composto il corso. La valutazione di ciascun candidato sarà tanto migliore quanto più il candidato stesso mostrerà padronanza di linguaggio, chiarezza espositiva, e capacità di sintetizzare i passaggi logici che legano fra loro i fondamenti della Meccanica dei Mezzi Porosi, le teorie costitutive, ed i modelli matematici presentati per descrivere alcuni dei fenomeni specifici incontrati nel corso.
Exam: Compulsory oral exam; Individual project; Group project;
The evaluation will be equally based on: The discussion of the results of a project that the students will carry out in groups. Each project will be on a theme agreed between the members of each group and the professors. Each group will be formed by a maximum number of students to be determined when the project is assigned; An oral exam aimed at verifying the knowledge of the fundamentals of the mechanics of porous media. The oral exam will last approximately 20 minutes, with at least one question for each of the parts of the program of the course. The student will have to show that he/she acquired the language skills and the logical synthesis required to use the fundamentals of the Mechanics of Porous Media, the constitutive models and the mathematical issues, for the formulation of models aimed at reproducing phenomena such as those discussed in the third part of the course.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale; Elaborato progettuale in gruppo;
La valutazione dell'apprendimento sarà articolata in due fasi, cui verrà data la medesima importanza ai fini della decisione del voto finale. Fase 1: Discussione di un progetto, su un argomento da concordare con i docenti, che gli studenti dovranno elaborare in gruppo. Il numero massimo di studenti che potranno far parte di uno stesso gruppo verrà deciso al momento dell'assegnazione dei singoli progetti. Fase 2: Sostenimento di una prova orale volta a verificare la conoscenza degli aspetti generali e di base della materia. Durante la prova orale, che avrà durata di circa 20 minuti, i docenti valuteranno il livello di maturità raggiunto dagli studenti sugli argomenti presentati a lezione, ponendo almeno una domanda per ciascuna delle tre parti di cui è composto il corso. La valutazione di ciascun candidato sarà tanto migliore quanto più il candidato stesso mostrerà padronanza di linguaggio, chiarezza espositiva, e capacità di sintetizzare i passaggi logici che legano fra loro i fondamenti della Meccanica dei Mezzi Porosi, le teorie costitutive, ed i modelli matematici presentati per descrivere alcuni dei fenomeni specifici incontrati nel corso.
Exam: Compulsory oral exam; Individual project; Group project;
The evaluation will be equally based on: Phase 1: The discussion of the results of a project that the students will carry out in groups. Each project will be on a theme agreed between the members of each group and the professors. Each group will be formed by a maximum number of students to be determined when the project is assigned; Phase 2: An oral exam aimed at verifying the knowledge of the fundamentals of the mechanics of porous media. The oral exam will last approximately 20 minutes, with at least one question for each of the parts of the program of the course. The student will have to show that he/she acquired the language skills and the logical synthesis required to use the fundamentals of the Mechanics of Porous Media, the constitutive models and the mathematical issues, for the formulation of models aimed at reproducing phenomena such as those discussed in the third part of the course.
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