appunti

1. 1
GEOTECNICA
Concetti introduttivi
Prof. Lo Presti
Dipartimento di Ingegneria Civile
Università di Pisa
Anno accademico 2005 / 2006

2. 2
Concetti introduttivi
•APPROCCIO EMPIRICO
•EQUILIBRIO ELASTICO (METODO DELLE TENSIONI)
•EQUILIBRIO PLASTICO (EQUILIBRIO LIMITE GLOBALE)
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3. 3
•LEGGI COSTITUTIVE:
ELASTICITA’, PLASTICITA’, VISCOSITA’
•EQUILIBRIO ELASTICO:
DISTRIBUZIONI DELLE TENSIONI INDOTTE DA
SOVRACCARICHI, SPOSTAMENTI DELLE FONDAZIONI
•EQUILIBRIO PLASTICO:
SPINTE SULLE OPERE DI SOSTEGNO, CAPACITA’ PORTANTE
DELLE FONDAZIONI, STABILITA’ DEI PENDII E DEI FRONTI
DI SCAVO.
MECCANICA DEI TERRENI TEORICA
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4. 4
CORSO DI GEOTECNCA
=
CORSO DI MECCANICA DEI TERRENI
PROVE IN SITO E DI
LABORATORIO
COMPORTAMENTO FISICO E
MECCANICO DEI TERRENI
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LEGGI DELLA
MECCANICA DEL
CONTINUO
DESCRIZIONE ANALITICA DEL
COMPORTAMENTO
MECCANICO DEI TERRENI
LEGGI COSTITUTIVE
CONOSCENZA DELLE
LEGGI COSTITUTIVE
RISOLUZIONE DI UNA SERIE DI
PROBLEMI AL FINITO DI
INTERESSE APPLICATIVO

5. 5
ROCCE MADRI
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FASE DI ALTERAZIONE
PROCESSI FISICI: Crioclastismo
Termocalstismo
Bioclastismo
PROCESSI CHIMICI: Idratazione
Idrolisi
Ossidazione
Dissoluzione
MANTELLO DI ALTERAZIONE
DEPOSITI
RESIDUALI
FASE DI TRASPORTO: CLASSAZIONE E ABRASIONE
VENTOGHIACCIAI
FIUMI: trasporto in
sospensione
per saltazione
e in soluzione
(1)
(2)

6. 6
AMBIENTE MARINO:
Depositi neritici
Sabbie calcaree
Depositi di scarpata
Depositi di piana abissale
FASE DI DEPOSIZIONE
AMBIENTE MISTO:
Depositi costieri
Depositi di estuario
Depositi di delta
AMBIENTE CONTINENTALE:
Depositi eolici
Sabbie glaciali
Depositi alluvionali
Depositi lacustri
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(3)
DIAGENESI: Costipamento
Cementazione
ROCCIA SEDIMENTARIA
(4)
Nota: (1) + (2) = natura dei sedimenti
(3) + (4) = struttura dei terreni e delle rocce sedimentarie

7. 7
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MINERALI COSTITUENTI LE ROCCE
Quarzo (silicati)
Mica
Calcite (Ca CO3)
Dolomite (Ca Mg (CO3)2)
Muscovite
Feldspati (alluminosilicati)
illite
plagioclasi
ortoclasi
caolinite
montmorillonite

8. 8
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AMBIENTE DEPOSIZIONALE
E
STRUTTURA
(a) FLOCCULATA (b) DISPERSA

9. 9
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TERRENI NON LAPIDEI
O
TERRENI SCIOLTI
Un insieme, compressibile, di particelle solide
(scheletro solido) con inclusi vuoti.
TERRENI SATURI => Tutti i vuoti riempiti con acqua
TERRENI PARZIALMENTE SATURI => Vuoti riempiti in parte con
acqua ed in parte con aria
TERRENI ASCIUTTI => Tutti i vuoti riempiti con aria
TERRENI SCIOLTI => Materiali particellari multifase

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TERRENO
MATERIALE PLURIFASE
VOLUME DI
TERRENO
NATURALE
VOLUME DI
TERRENO
CON LE FASI
SEPARATE
Porosità:
VV
V
Wa
n =
Wn=Contenuto d’acqua
naturale: Ws
gt=
Peso di volume
totale:
W
V
Indice dei vuoti:
VV
VS
e =
Va
S =Grado di saturazione VV
gd=
Peso di volume
asciutto:
Ws
V
GS=Peso specifico: gs=
Ws
Vs
gs
ga
;

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PESO DI VOLUME DEI
TERRENI SATURI
COMPOSIZIONE
GRANULOMETRICA
VALORI DI γn
(kN/m3
)
GHIAIE E SABBIE
SABBIE
SABBIE LIMOSE
LIMI *
ARGILLE *
(*) Materiali inorganici
18.5 => 21.5
17.0 => 20.5
16.5 => 20.0
16.5 => 21.0
16.5 => 22.0

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GEOTECNICAProf. Lo Presti
SISTEMI DI CALASSIFICAZIONE BASATI SULLA
DIMENSIONE DELLE PARTICELLE

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LIMITI DI ATTERBERG E
LORO SIGNIFICATO FISICO
Limite liquido (LL), limite plastico (PL), limite di ritiro (SL)
consentono di definire la consistenza dei terreni coesivi.
Plastico
LL
PL
Fluido
Semisolido
Solido
SL
Sospensione
Secco

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PI = wL - wP
LI =
wN - wP
PI
IC =
wL - wN
PI
= 1 - LI

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DESCRIZIONE CONSISTENZA
DI UN’ARGILLA
VALORI DI IC CONSISTENZA
< 0 Fluida
0 < IC < 0.25 Fluido – plastica
0.25 < IC < 0. 50 Molle – plastica
0.50 < IC < 0.75 Plastica
0.75 < IC < 1 Solido – plastica
IC > 1 Semisolida - solida
A =
PI
% argilla
=
PI
CF
Inattivi => A < 0.75
Normalmente attivi => 0.75 < A < 1.25
Attivi => A > 1.25

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CARTA DI PLASTICITA’ (USCS)
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DENSITA’ RELATIVA
e0 = indice dei vuoti in sito
SI APPLICA A TERRENI A GRANA GROSSA
(i.e.: SABBIE E GHIAIE)
γd = peso di volume secco in sito
emax, emin = rispettivamente, indice dei vuoti
massimo e minimo ottenibile
in laboratorio su campioni
rimaneggiatiγd max, γd min = rispettivamente, densità secca
massima e minima ottenibile in
laboratorio su campioni rimaneggiati
DR =
emax – e0
emax – emin
=
γd max
γd γd max - γd min
γd - γd min

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PRINCIPIO DELLE TENSIONI EFFICACI
TERRENI SATURI - TERZAGHI (1923)
si= tensione totale
u = pressione interstiziale o neutra
s1’= s1 – u ; s2’ = s2 – u ; s3’ = s3 – u
si’ = tensione efficace
s’ = s - u

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CONSIDERAZIONI SULLE
TENSIONI EFFICACI
sAT = SFi + u ( AT - AC )
s’ =
s = s’ - u
S Fi
AT
sAT = s’c Ac + pa Aa + u Aw + R -A
s = s’c ac + u aw + R1 –A1
s’ = s’ – u = s’c ac + R1 –A1

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PRINCIPIO DELLE TENSIONI
EFFICACI (Terreni non saturi)
Bishop (1960)
s’ = s - pa + b( pa – u)
pa = pressione dell’aria
b = parametro adimensionale
Terreno saturo b = 1
Terreno secco b = 0
pa – u => in genere trascurabile nei terreni sabbiosi-ghiaiosi, può
raggiungere valori pari a 2-3 atm nei terreni argillosi

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CONCETTI INTRODUTTIVI
Comportamento meccanico dei terreni in
condizioni di carico usuali
TENSIONI DI TAGLIO sono sopportate interamente
dallo scheletro solido.
TENSIONI NORMALI risultano la somma di due
componenti
quella che agisce sullo scheletro solido
quella trasmessa al fluido che riempie i vuoti

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RILEVANZA PRATICA DEL
PRINCIPIO DELLE TENSIONI
EFFICACI
Sol0 quella parte dello sforzo normale totale che è
supportata dallo scheletro solido controlla il
comportamento meccanico dei mezzi particellari, e.g.,
DEFORMAZIONE VOLUMETRICA:
tff = c’ + (sff - u) tan f’
= Cc (Ds – Du)
DV
V
RESISTENZA AL TAGLIO:

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MODELLO
IDRODINAMICO

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CONSOLIDAZIONE QUADRO
QUALITATIVO
t => proporzionale al DV dell’acqua espulsa
v = k i
DV = f ( Cc, Ds, H)
t => inversamente proporzionale alla velocità con la
quale l’acqua può fluire attraverso l’esterno:
H
i =~ Du
=
H
Ds
H
t =~ (Ds)(CC)(H)
(k)
Ds
t =~ CC H2
k

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CURVA SFORZI-DEFORMAZIONI
DI UN TERRENO

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COMPORTAMENTO MECCANICO
DEI TERRENI ED ANALISI
INGEGNERISTICHE
OA Deformazioni proporzionali agli sforzi
o ai carichi applicati (elastiche)
AB Deformazioni prevalentemente plastiche
In B Collasso
Nelle analisi ingegneristiche si separano artificialmente
le analisi di deformazioni (stato limite di servizio) dalle
analisi di collasso (stato limite ultimo)

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CONCETTI INTRODUTTIVI
Mezzo particellare * => materiale reale (terreno)
Mezzo continuo => materiale immaginario
Mezzo continuo Terreno reale
livello
fenomenologico
Idealizzazione necessaria per poter applicare ai terreni
i concetti di tensione e deformazione nonché
le leggi della meccanica del continuo.
* Al livello atomico tutti i materiali hanno la struttura particellare

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FONDAZIONI DIRETTE

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FONDAZIONI DIRETTE
PROBLEMATICHE PROGETTUALI
Stato limite ultimo
(capacità portante)
Parametri di resistenza al taglio
f’, c’, su
Stato limite di servizio
(cedimenti assoluti
e differenziali)
Parametri di deformabilità
E, G, M

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PALO DI FONDAZIONE
P + Wp ≤ Qs + Qb
Q = Qs + Qb
Qb = Ab qb
Qs = p D ∫0
ts dz
L
p = f (f’, c’)
qub = f (f’, c’)
MODALITA’ DI
INSTALLAZIONE
+

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PLINTI SUI PALI

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PLATEA SUI PALI

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FONDAZIONI SU PALI
Problematiche ingegneristiche
Portata a rottura di un singolo palo => f’, c’, Su
Cedimento di un singolo palo => E’, n’
Portata a rottura di un gruppo di pali => f’, c’, Su
Cedimenti assoluti e differenziali di un gruppo di pali => E’, n’
Interazione sovrastruttura-pali-terreno => E’, n’, EC, nC’
Profilo stratigrafico
Modalità di installazione dei pali
Caratteristiche della struttura
Sequenza costruttiva
IMPORTANTI:

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MURI DI SOSTEGNO

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PALANCOLE E DIAFRAMMI