GEOTECNICA    

LEZIONE  1  INTRODUZIONE  

       

Ing.  Alessandra  Nocilla  1

La  terra  ha  un  raggio  di  circa  8000  km  e  una  crosta  di  rocce  e  terreni  dello  spessore  di  circa  25-­‐50  km.  Ai  fini  tecnici  può  dirsi  che  raramente   si   incontrano   terreni   sciolC   a   profondità   superiori   ai   300  m   al   di   soFo   della   superficie   della   terra.   Il   rapporto   tra   lo  spessore  della  crosta  e  il  suo  raggio  di  curvatura  è  all’incirca  pari  a  quello  caraFerisCco  di  un  guscio  d’uovo.  Al  di  soFo  della  crosta  vi  è  un  mantello  di  materiale  plasCco  incandescente  e  placche  di  crosta  si  muovono  galleggiando  sul  mantello.  La  deriva  della  crosta  conCnentale  è  all’origine  della  formazione  delle  catene  montuose,  della  sismicità    e  del  vulcanismo  ai  confini  fra  le  diverse  placche.    

LA  STRUTTURA  DELLA  TERRA.  DEFINIZIONE  DI  TERRA  E  ROCCIA  

I  terreni  geologicamente  anAchi  (più  vecchi  di  2  milioni  di  anni)  sono  dotaC   di   resistenza   e   rigidezza   elevata   mentre   i   terreni  geologicamente   giovani   (glaciali   e   post-­‐glaciali)   sono   generalmente  abbastanza  deformabili  e  poco  resistenC.  

 

 

Terra   e  Roccia:   con   il   termine   terra   si   indica   un  materiale   granulare  formato   da   aggregaC   di   granuli   non   legaC   fra   loro   e   che   possono  essere   separaC   fra   loro   per   mezzo   di   modeste   sollecitazioni;   con   il  termine   roccia   si   indica   un  materiale   naturale   dotato   di   un’elevata  coesione   anche   dopo   prolungato   contaFo   con   acqua.   Occorre   però  escludere  da  questa  semplificazione  gli  ammassi  rocciosi  e  i  terreni  di  transizione   (argille   marnose,   tufi,   ect)   perché   hanno   caraFerisCche  intermedie.  

La  Geotecnica  è  quella  branca  della  Ingegneria  che  studia  il  comportamento  meccanico  dei  corpi,  naturali  o  arCficiali,  cosCtuiC  di  rocce   sciolte   o   lapidee   e   soggeV   al   peso   proprio   e/o   ad   azioni   esterne   o   a  modifiche   delle   condizioni   ai   limiC,   in   superficie   o  all’interno.  

 

2

LA  STRUTTURA  DELLA  TERRA.  I  PROCESSI  GEOLOGICI  

I   terreni   cosCtuiscono   la   parte  più   superficiale  della   crosta   terrestre   e   sono   il   prodoFo  dell’alterazione  delle   rocce   dovuta   a   faFori  climaCci   e   ambientali.   La   litosfera,   l’idrosfera   e   l’atmosfera   infaV   interagiscono   fra   loro   aFraverso   processi   endogeni   (derivanC  dall’energia   interna   della   terra:   profondità,   pressione,   temperatura)   ed   esogeni   (derivanC   dall’energia   esterna   o   atmosferica:  movimenC  di  fluidi,  passaggi  di  stato,  gravità).    

Se  i  processi  di  formazione  e  trasporto  delle  terre  sono  solo  processi  fisici,  le  parCcelle  di  terreno  avranno  la  stessa  composizione  mineralogica  della  roccia  d’origine,  se  si  hanno  trasformazioni  chimiche  si  formano  anche  altri  materiali.  

La  comprensione  della  geologia  di  una  località  è  di  aiuto  nell’interpretazione  delle  indagini  del  soFosuolo.  TuV  i  terreni  si  sono  formaC  in  un  ambiente  di  deposizione.  QuesC  ambienC,  insieme  a  evenC  geologici  successivi,  determinano  la  natura  e  lo  stato  dei  terreni  e  delle  rocce.    

Occorre  avvalersi  di  un   geologo   per   idenCficare   l’ambiente  di  deposizione  dei   terreni   che  ci   interessano.  È   inuCle   chiedere  al  geologo  di   che  natura   siano   i   terreni   in  esame,  perché  questo  può  essere   stabilito  direFamente  dalle   indagini,  occorre   invece  chiedergli  come  sono  arrivaC  fin  lì  (come  si  sono  formaC)  e  quali  vicissitudini  abbiano  subito  in  seguito.  

CICLO  DELLE  ROCCE  E  DEI  TERRENI  

3

OPERE  GEOTECNICHE  

Sono  quelle  opere  di   ingegneria  costruite  nel  terreno  o  nella  roccia  o  che  uClizzano  il   terreno  o   la  roccia  come  materiale  da  costruzione.    

STATO DEL TERRENO FINALITA' SETTORE

In sede, nelle condizioni naturali o modificati per azioni antropiche

• Vincolo di manufatti al suolo

• Modifica delle condizioni ai limiti del suolo e del sottosuolo per inserire un manufatto

• Modifica delle proprietà del sottosuolo per renderlo idoneo alla realizzazione di manufatti

• Utilizzazione di aree interessate da movimenti franosi

• Utilizzazione di territori a larga scala

⇒ FONDAZIONI ⇒ SCAVI ED OPERE DI

SOSTEGNO ⇒ CONSOLIDAMENTI

⇒ STABILITA' DEI PENDII ⇒ GEOTECNICA DELLE

GRANDI AREE

Estratto dalla sede naturale ed utilizzato nelle opere

• Costruzione di rilevati, argini, dighe, riempimenti

⇒ COSTRUZIONI IN TERRA

TIPOLOGIE  DI  OPERE  GEOTECNICHE  

4

ESEMPI  DI  OPERE  GEOTECNICHE  

5

La  Geotecnica  è  quella  branca  della   Ingegneria  che  studia   il   comportamento  meccanico  dei  corpi,  naturali  o  arCficiali,   cosCtuiC  di  rocce   sciolte   o   lapidee   e   soggeV   al   peso   proprio   e/o   ad   azioni   esterne   o   a   modifiche   delle   condizioni   ai   limiC,   in   superficie   o  all’interno.  

 Indagini   in   sito,   raccolta   daC  per  la  classificazione  delle  terre,  situazione   della   falda,   processi  geologici  e  mineralogia.  

   Analisi   e   teorie   sviluppate   per   descrivere   materiali   ideali.   Il  processo   di   idealizzazione   è   seguito   dall’analisi   e   deve   essere  sempre   tenuto   presente   nella   valutazione   dei   risultaC.   Non  confondere  il  materiale  ideale  con  il  materiale  reale!!  

IL  TRIANGOLO  DELLA  MECCANICA  DELLE  TERRE  

PROFILO  GEOTECNICO  DEL  SUOLO  

.  

COMPORTAMENTO    DEL  TERRENO  

Determinato  a  mezzo  di  prove  e  misure  eseguite  sia  in  laboratorio  che  in  situ.  

MECCANICA  APPLICATA  MODELLAZIONE  

   

 Per  meFere  d’accordo  quesC  3  

aspeV  e  per  arrivare  la  soluzione  del  problema  è  

necessario  l’empirismo.  DaC  sperimentali  precedenC.  

Non  abusarne  e  non  confondere  espressioni  empiriche  con  leggi!!  

 Ogni   aVvità   è   interconnessa  alle   altre   e   deve   essere  rigorosamente  curata.  Il   triangolo   deve   essere   ben  bilanciato!!  

6

PECULIARITA’  DEL  COMPORTAMENTO  DEI  TERRENI  

1)  I  carichi  applicaC  e  le  pressioni  dei  fluidi  intersCziali  interagiscono  tra  di  loro  e  determinano  una  tensione  che  è  efficace    nel  controllare  il  comportamento  meccanico  dei  terreni.  

2)   I   terreni   sono   comprimibili;   le   variazioni   di   volume   sono   in   larga   misura   determinate   dalla   riorganizzazione  spaziale   dei   granelli   che   cosCtuiscono   lo   scheletro   solido   e   dalle   conseguenC   variazioni   di   volume   degli   spazi  interparCcellari.  

3)   Il   comportamento  del   terreno   soFo   azioni   di   taglio   è  essenzialmente   aOriAvo;   in   atre   parole,   la   resistenza   a  taglio   aumenta  all’aumentare  della  pressione  di   confinamento,   e,   quindi,   con   la  profondità   al   di   soFo  del  piano  campagna.  

4)   Le   deformazioni   volumetrica   e   distorsionale   dei   terreni   non   sono   in   genere   completamente   resCtuite   all’aFo  dello  scarico  tensionale;  i  terreni,  cioè,  hanno  un  comportamento  meccanico  non  elasAco.  Questa  è,  in  parte,  una  conseguenza  del  faFo  che  la  deformazione  dei  terreni  deriva  essenzialmente  dalla  riorganizzazione  spaziale  delle  parCcelle.  

NON  ESISTONO  DIFFERENZE  SOSTANZIALI    tra  il  comportamento  meccanico  delle  SABBIE    e  quello  delle  ARGILLE!  Le  differenze  di  comportamento  sono  solo  apparenC  e  derivano  dalla  diversa   influenza  delle  pressioni   intersCziali  e  dei  processi  di  filtrazione.   7  

rispeFo   ad   altre   discipline   della  meccanica   applicata   derivano   principalmente   dalla   caraFerisCca   del   terreno   di  essere:    UN  MEZZO  PARTICELLARE  :  un  mezzo  cioè  cosCtuito  da  parCcelle  (i  grani)  che  non  sono  fra  loro  fortemente  legate  o   interconnesse   come   ad   esempio   i   cristalli   che   formano   un   metallo   o   gli   elemenC   che   cosCtuiscono   un  calcestruzzo.  

LE  DIFFICOLTA’  DELLA  GEOTECNICA  

 UN  MEZZO  PLURIFASE  :  nel  quale  coesistono  una  fase  solida  (i  grani),  una  fase  liquida  e  una  fase  aeriforme  

MEZZO  PARTICELLARE.  ESEMPIO  DELLA  SABBIA  

8

MEZZO  PARTICELLARE.  ESEMPIO  DELL’ARGILLA  

9

10

MEZZO  PARTICELLARE.  ESEMPIO  DELL’ARGILLA  

LE  TERRE:  GHIAIA,  SABBIA,  LIMO  E  ARGILLA  

Le  terre  consistono  in  una  miscela  di  due  o  più  di  quesC  cosCtuenC  e  talvolta  contengono  materiali  organico  parzialmente  o  totalmente  decomposto.   Inoltre   possono   essere   completamente   sciolte   o   leggermente   cementate   e   gli   spazi   vuoC   tra   le   parCcelle   possono  contenere  acqua  e/o  aria.  

Comprendono  GHIAIA  e   SABBIA,   le  parCcelle   sono  riconoscibili   ad   occhio   nudo.   Le   parCcelle   hanno  forma  arrotondata.  

Il  comportamento  dell’argilla  è  fortemente  dipendente  dall’acqua.   L’argilla   ha   dimensioni   inferiori   ai   2   µ,   è  formata   prevalentemente   da   minerali   argillosi  (esempio:   caolinite,   illite,   montmornillonite)   con  cristalli   di   dimensioni   colloidali,   che   chimicamente  sono   alluminosilicaC   idraC   con   altri   ioni   metallici.  L’acqua  a  immediato  contaFo  con  le  parCcelle  ha  forC  legami  e  viene  chiamata  acqua  di  adsorbimento.  La  sua  quanCtà   e   interazione   con   lo   strato   eleFrico  superficiale     da   luogo   a   struOure   diverse     tra   le  parCcelle   (a.dispersa,   b.flocculata,   c.flocculata   stabile  con  vuoC  all’interno  dei  fiocchi,  d.orientata).  

3

TERRENI  INCOERENTI    A  GRANA  GROSSA  

Comprendono   LIMO   e   ARGILLA,   ovvero   la   frazione  microscopica   e   submicroscopica.   Le   parCcelle   hanno   forma  prevalentemente  arrotondata  nei  limi  e  lamellare  nelle  argille.  

NB.  Non  tuV  i  terreni  a  grana  fine  sono    COESIVI:  esistono  limi,  per  esempio,  che  possono  essere  non  plasCci  e  incoerenC.  

 

TERRENI  COESIVI                A  GRANA  FINE  

CONTENUTI  DEL  CORSO  

12

1.  elemenC  fondamentali  sul  comportamento  dei  terreni  cosCtuiC  da  due  sole  fasi  

2.  indicazioni  su  aspeV  applicaCvi.  

Il  Corso  ha  lo  scopo  di  fornire  :  

Lezione  1.   Introduzione  al  corso;  illustrazione  organizzazione  dell’insegnamento;  modalità  dell’esame.  

Lezione  2.   Analisi   e   classificazione  delle   terre.  Principali   Cpi   di   terre.   Proprietà   indice.   Relazioni   di   fase.   Curve  granulometriche.  LimiC  di  AFerberg.  Sistemi  di  classificazione.    

ES  2.   Esercitazione  Classificazione  delle  terre.  

Lezione  3.   Filtrazione   in   regime   di   flusso   permanente   monodimensionale.   Equazione   di   Bernoulli   e   forme   di  energia.   L’acqua   nel   terreno,   esperienza   di   Darcy,   permeabilità.   Capillarità.   Determinazione  sperimentale  della  permeabilità.  Permeabilità  equivalente  di  deposiC  straCficaC.  

Lezione  4.   Principio   degli   sforzi   efficaci.   Gli   sforzi   nei   mezzi   parCcellari;   Pressione   totale,   efficace   e   neutra.  Principio  delle  tensioni  efficaci  e  calcolo  dello  stato  tensionale  in  condizioni  idrostaCche.  Variazioni  di  volume  e  condizioni  di  drenaggio.  

Lezione  5.   Tensioni   totali,   neutre   ed   efficaci   in   presenza   di  moA   di   filtrazione  monodimensionale   stazionari,  verifica  al  sifonamento.  

Lezione  6.   Filtrazione   in   regime   di   flusso   permanente   bidimensionale.  Teoria   della   filtrazione   bidimensionale.  MoC  di  filtrazione  confinaC  e  a  superficie  libera.  Andamento  delle  pressioni  dell’acqua  in  presenza  di  filtrazione.  

ES  3.   Esercitazione  Filtrazione  monodimensionale    e    Permeabilità  in  laboratorio  e  in  sito.  

ES  4.   Esercitazione  Principio  degli  sforzi  efficaci  e  Condizioni  a  breve  e  lungo  termine.  

ES  5.   Esercitazione  Stato  tensionale  in  presenza  di  mo>  di  filtrazione  monodimensionali.  

ES  6.   Esercitazione  Filtrazione  bidimensionale.  

A cura dell’ing. Nocilla

13

CONTENUTI  DEL  CORSO  

Lezione  8.   Comportamento  meccanico  delle  terre.  Resistenza  a  taglio  dei  terreni  e  stato  criCco.  Prove  di  taglio  direFo.   Prove   triassiali.   Percorsi   tensionali   totali   ed   efficaci.   Lo   Stato   CriCco.   Comportamento  meccanico   delle   sabbie.   Comportamento   meccanico   delle   argille.   Parametri   di   deformabilità   e   di  resistenza  delle  terre.  CoefficienC  A  e  B  di  Skempton.    

ES  8.   Esercitazione  Prova  di  Taglio  DireAo  e  Prova  Triassiale.  

Lezione  9.   NormaAva.  

Lezione  10.   Indagini  in  sito.  

Lezione  11.   La  spinta  delle  terre.  StaC  di  deformazione,  analisi  limite  e  spinta  delle  terre.  La  soluzione  di  Coulomb.  La   soluzione   di   Rankine   in   condizioni   di   spinta   aVva   e   passiva.   Opere   di   sostegno.  Muri   e   paraCe.  Verifiche  di  stabilità.  

ES  11.   Esercitazione  Spinta  delle  Terre.  

Lezione  12.   Carico  limite  delle  fondazioni.  Fondazioni  direFe.  Fondazioni  profonde.  Carico  limite  delle  fondazioni.  

ES  12.   Esercitazione  Carico  limite  delle  Fondazioni.  

Lezione  13.   CedimenA  delle  fondazioni  superficiali.  CedimenC  delle  fondazioni  e  interazione  terreno-­‐fondazione.  

ES  13.   Esercitazione  Cedimen>  delle  Fondazioni  superficiali.  

Lezione  7.   Consolidazione  monodimensionale.  Tensioni  e  deformazioni  nelle  terre.  Tensioni  litostaCche  e  storia  dello   stato   tensionale.   Prova   edometrica.   Teoria   della   consolidazione   monodimensionale   ed  applicazione  in  varie  condizioni  al  contorno.  Definizione  di  grado  di  consolidazione  puntuale  e  medio.  Calcolo  dei  cedimenC  in  condizioni  di  deformazione  monodimensionale.  

ES  7.   Esercitazione  Consolidazione  monodimensionale  e  Prova  edometrica.  

MATERIALE  DIDATTICO  

TesA  consigliaA:    

-­‐       Colombo,  P  e  Colleselli,  F.  -­‐  ElemenC  di  Geotecnica,  III  ed.  Zanichelli,  2004.  

-­‐       Lambe,  T.W.  e  Whitman,  R.V.  -­‐  Meccanica  dei  Terreni.  Traduzione  di    Valore,  C.,  Flaccovio  ed.,  1997.  

-­‐       Craig,  R.F.  -­‐  Soil  Mechanics.  Spon  Press,  2002.    

-­‐       Atkinson  J.  -­‐  Meccanica  delle  terre  e  fondazioni.  McGraw-­‐Hill,  1997.  

-­‐       LancelloFa,  R.  –  Geotecnica.  Zanichelli,  2004  

Il  materiale  online  e  gli  appunA  NON  SONO  SUFFICIENTI!!!!!  

ORARIO  DI  RICEVIMENTO  

BRESCIA  Martedì    –  Ore  8.30÷10.30  BERGAMO  Lunedì        –  Ore  8.30    ÷1330      Email:  nocilla@ing.unibs.it    

Modalità  di  accertamento  del  profiFo:  Esame  scriFo  e  orale  14