Analisi delle tensioni nei terreni: concetti di base e modelli

Tensioni nel terreno asciutto

In un terreno asciutto le tensioni al contorno del volume elementare si trasferiscono attraverso lo scheletro solido, più precisamente attraverso i contatti delle particelle tramite delle tensioni di contatto, che sono molto elevate. Per loro natura le tensioni sono definite in un mezzo continuo, e in quanto tali devono esistere in ogni punto del mezzo, sia che il punto considerato si è occupato da una particella, sia che si è occupato da un poro. Quindi le tensioni sono idealmente definite ovunque, ma il mezzo della modellazione viene riguardato come un mezzo composito. Le tensioni, se riferite allo scheletro solido, sono dette efficaci.

Tensioni nel terreno saturo

In un terreno saturo i pori comunicano tra di loro, e l'acqua di porosità è soggetta a una pressione diversa da quella atmosferica, detta pressione neutra, la quale cresce con la profondità. Quindi l'acqua costituisce una fase continua, che trasferisce il proprio peso sotto forma di pressione. Le tensioni al contorno del volume elementare sono quindi ripartite tra scheletro solido e acqua.

Le tensioni efficaci, ovvero quelle che agiscono sulla parte solida, e le tensioni neutre sono state schematicamente definite in ogni punto del mezzo, pertanto schematizziamo il terreno saturo come mezzo costituito da due fasi, ovvero da due mezzi continui sovrapposti e interagenti. Lo scheletro solido è quello in cui agisce lo stato di sforzo sui granelli ed è rappresentato dalle tensioni efficaci, il fluido di porosità è quello in cui agisce la pressione neutra.

Principio delle tensioni efficaci

Il principio delle tensioni efficaci affermava che le tensioni totali rispetto al mezzo continuo bifase sono espresse sommando tensioni efficaci e pressioni neutre. In questo modello l'acqua non è in grado di sostenere le tensioni tangenziali, che gravano quindi solo sullo scheletro solido.
Prendendo una sezione del campione di terreno, lungo tale sezione si può ritenere che l'aliquota di superficie sia occupata dall'acqua e il complemento a 1 sia occupato da scheletro solido. Lo sforzo normale si ripartisce tra scheletro solido e acqua, mentre lo sforzo tangenziale che agisce al contorno agisce interamente sullo scheletro solido.

Mezzo monofase equivalente

Abbiamo descritto il comportamento del terreno saturo in ogni condizione tramite un mezzo bifase. Tuttavia in situazioni particolari e per svolgere analisi semplificate è possibile riferirsi al mezzo monofase equivalente, definito come un mezzo costituito da una generica fase solida. In questo mezzo sono definite solo le tensioni totali, in quanto esso non comprende scheletro solido e acqua di porosità. Il comportamento meccanico del mezzo monofase viene considerato dipendente dalle tensioni totali, contraddicendo il principio delle tensioni efficaci.