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GEOTECNICAConcetti introduttivi
Prof. Lo Presti
Dipartimento di Ingegneria CivileUniversità di Pisa
Anno accademico 2005 / 2006
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Concetti introduttivi
•APPROCCIO EMPIRICO•EQUILIBRIO ELASTICO (METODO DELLE TENSIONI)•EQUILIBRIO PLASTICO (EQUILIBRIO LIMITE GLOBALE)
GEOTECNICAProf. Lo Presti
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•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
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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
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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)
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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
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
AMBIENTE DEPOSIZIONALEE
STRUTTURA
(a) FLOCCULATA (b) DISPERSA
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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
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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
;
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
SISTEMI DI CALASSIFICAZIONE BASATI SULLA DIMENSIONE DELLE PARTICELLE
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
PI = wL - wP
LI =wN - wP
PI
IC =wL - wN
PI= 1 - LI
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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CARTA DI PLASTICITA’ (USCS)
GEOTECNICAProf. Lo Presti
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
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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
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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
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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
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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
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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
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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:
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
MODELLOIDRODINAMICO
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
CURVA SFORZI-DEFORMAZIONIDI UN TERRENO
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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)
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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
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
FONDAZIONI DIRETTE
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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
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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+
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
PLINTI SUI PALI
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GEOTECNICAProf. Lo Presti PLATEA SUI PALI
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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:
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GEOTECNICAProf. Lo Presti MURI DI SOSTEGNO
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GEOTECNICAProf. Lo Presti
PALANCOLE E DIAFRAMMI