01 geotecnica concetti introduttivi

1

GEOTECNICAConcetti introduttivi

Prof. Lo Presti

Dipartimento di Ingegneria CivileUniversità di Pisa

Anno accademico 2005 / 2006

2

Concetti introduttivi

•APPROCCIO EMPIRICO•EQUILIBRIO ELASTICO (METODO DELLE TENSIONI)•EQUILIBRIO PLASTICO (EQUILIBRIO LIMITE GLOBALE)

GEOTECNICAProf. Lo Presti

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

GEOTECNICAProf. Lo Presti

4

CORSO DI GEOTECNCA=

CORSO DI MECCANICA DEI TERRENI

PROVE IN SITO E DI LABORATORIO

COMPORTAMENTO FISICO E MECCANICO DEI

TERRENI

GEOTECNICAProf. Lo Presti

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

ROCCE MADRIGEOTECNICAProf. Lo Presti

FASE DI ALTERAZIONE

PROCESSI FISICI: Crioclastismo Termocalstismo Bioclastismo

PROCESSI CHIMICI: IdratazioneIdrolisiOssidazioneDissoluzione

MANTELLO DI ALTERAZIONE DEPOSITIRESIDUALI

FASE DI TRASPORTO: CLASSAZIONE E ABRASIONE

VENTOGHIACCIAIFIUMI: trasporto in

sospensioneper saltazionee in soluzione

(1)

(2)

6

AMBIENTE MARINO:Depositi neriticiSabbie calcareeDepositi di scarpataDepositi di piana abissale

FASE DI DEPOSIZIONE

AMBIENTE MISTO:Depositi costieriDepositi di estuarioDepositi di delta

AMBIENTE CONTINENTALE:Depositi eoliciSabbie glacialiDepositi alluvionaliDepositi lacustri

GEOTECNICAProf. Lo Presti

(3)

DIAGENESI: CostipamentoCementazione ROCCIA SEDIMENTARIA

(4)

Nota: (1) + (2) = natura dei sedimenti (3) + (4) = struttura dei terreni e delle rocce

sedimentarie

7

GEOTECNICAProf. Lo Presti

MINERALI COSTITUENTI LE ROCCE

Quarzo (silicati)

Mica

Calcite (Ca CO3)

Dolomite (Ca Mg (CO3)2)

Muscovite

Feldspati (alluminosilicati)

illite

plagioclasi

ortoclasicaolinite

montmorillonite

8

GEOTECNICAProf. Lo Presti

AMBIENTE DEPOSIZIONALEE

STRUTTURA

(a) FLOCCULATA (b) DISPERSA

9

GEOTECNICAProf. Lo Presti TERRENI NON LAPIDEIO

TERRENI SCIOLTIUn insieme, compressibile, di particelle

solide (scheletro solido) con inclusi vuoti.

TERRENI SATURI => Tutti i vuoti riempiti con acquaTERRENI PARZIALMENTE SATURI => Vuoti riempiti in parte con acqua ed in parte con ariaTERRENI ASCIUTTI => Tutti i vuoti riempiti con ariaTERRENI SCIOLTI => Materiali particellari multifase

10

GEOTECNICAProf. Lo Presti TERRENO

MATERIALE PLURIFASE

VOLUME DI

TERRENONATURALE

VOLUME DITERRENOCON LE

FASI SEPARATE

Porosità:

VV

VWa

n =

Wn=Contenuto d’acquanaturale: Ws

gt=Peso di volume

totale:WV

Indice dei vuoti:

VV

VSe =

VaS =Grado di saturazioneVV

gd=Peso di volume

asciutto:Ws

V

GS=Peso specifico: gs=WsVs

gs

ga

;

11

GEOTECNICAProf. Lo Presti PESO DI VOLUME DEITERRENI SATURI

COMPOSIZIONEGRANULOMETRICA

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

12

GEOTECNICAProf. Lo Presti

13

GEOTECNICAProf. Lo Presti

SISTEMI DI CALASSIFICAZIONE BASATI SULLA DIMENSIONE DELLE PARTICELLE

14

GEOTECNICAProf. Lo Presti

15

GEOTECNICAProf. Lo Presti

LIMITI DI ATTERBERG E LORO SIGNIFICATO

FISICOLimite liquido (LL), limite plastico (PL), limite di ritiro (SL)

consentono di definire la consistenza dei terreni coesivi.

PlasticoLL

PL

Fluido

Semisolido

SolidoSL

Sospensione

Secco

16

GEOTECNICAProf. Lo Presti

PI = wL - wP

LI =wN - wP

PI

IC =wL - wN

PI= 1 - LI

17

GEOTECNICAProf. Lo Presti

DESCRIZIONE CONSISTENZA DI

UN’ARGILLAVALORI DI IC CONSISTENZA

< 0 Fluida0 < IC < 0.25 Fluido – plastica

0.25 < IC < 0. 50 Molle – plastica0.50 < IC < 0.75 Plastica

0.75 < IC < 1 Solido – plasticaIC > 1 Semisolida - solida

A =PI

% argilla=

PICF

Inattivi => A < 0.75Normalmente attivi => 0.75 < A < 1.25Attivi => A > 1.25

18

GEOTECNICAProf. Lo Presti

19

GEOTECNICAProf. Lo Presti

20

CARTA DI PLASTICITA’ (USCS)

GEOTECNICAProf. Lo Presti

21

GEOTECNICAProf. Lo Presti

22

GEOTECNICAProf. Lo Presti

23

GEOTECNICAProf. Lo Presti 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 sitoemax, 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

24

GEOTECNICAProf. Lo Presti 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

25

GEOTECNICAProf. Lo Presti

CONSIDERAZIONI SULLE TENSIONI

EFFICACIsAT = 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

26

GEOTECNICAProf. Lo Presti

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

27

GEOTECNICAProf. Lo Presti

CONCETTI INTRODUTTIVI

Comportamento meccanico dei terreni incondizioni 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

28

GEOTECNICAProf. Lo Presti 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:

29

GEOTECNICAProf. Lo Presti

MODELLOIDRODINAMICO

30

GEOTECNICAProf. Lo Presti CONSOLIDAZIONE QUADROQUALITATIVO

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:

Hi =~

Du=

H

Ds

H

t =~(Ds)(CC)(H)

(k) Ds t =~CC H2

k

31

GEOTECNICAProf. Lo Presti

CURVA SFORZI-DEFORMAZIONIDI UN TERRENO

32

GEOTECNICAProf. Lo Presti COMPORTAMENTO MECCANICODEI TERRENI ED ANALISI

INGEGNERISTICHE

OA Deformazioni proporzionali agli sforzio ai carichi applicati (elastiche)

AB Deformazioni prevalentemente plasticheIn B Collasso

Nelle analisi ingegneristiche si separano artificialmentele analisi di deformazioni (stato limite di servizio) dalle analisi di collasso (stato limite ultimo)

33

GEOTECNICAProf. Lo Presti CONCETTI INTRODUTTIVI

Mezzo particellare * => materiale reale (terreno)Mezzo continuo => materiale immaginario

Mezzo continuo Terreno realelivello

fenomenologico

Idealizzazione necessaria per poter applicare ai terrenii concetti di tensione e deformazione nonché

le leggi della meccanica del continuo.

* Al livello atomico tutti i materiali hanno la struttura particellare

34

GEOTECNICAProf. Lo Presti

FONDAZIONI DIRETTE

35

GEOTECNICAProf. Lo Presti 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

36

GEOTECNICAProf. Lo Presti

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’ DIINSTALLAZIONE+

37

GEOTECNICAProf. Lo Presti

PLINTI SUI PALI

38

GEOTECNICAProf. Lo Presti PLATEA SUI PALI

39

GEOTECNICAProf. Lo Presti FONDAZIONI SU PALIProblematiche 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 stratigraficoModalità di installazione dei pali

Caratteristiche della strutturaSequenza costruttiva

IMPORTANTI:

40

GEOTECNICAProf. Lo Presti MURI DI SOSTEGNO

41

GEOTECNICAProf. Lo Presti

PALANCOLE E DIAFRAMMI