Geotecnica - Appunti per ripasso

DISPENSE COMPLETE - GEOTECNICA

Universitas Mercatorum - Corso di Ingegneria Geotecnica

SSD CEAR-05/A - 6 CFU - Docente: Giada Maria Rotisciani

Materiale costruito sul programma ufficiale fornito: caratteristiche delle terre, classificazione, stati

tensionali e deformativi, tensioni efficaci, modellazione costitutiva, prove geotecniche, filtrazione,

consolidazione, cedimenti, opere di sostegno e spinte delle terre.

COME STUDIARE QUESTE DISPENSE

La Geotecnica studia il comportamento meccanico dei terreni e la loro interazione con le opere costruite

dall'uomo. È una materia di collegamento tra geologia, fisica, meccanica del continuo, idraulica e tecnica

delle costruzioni.

Il corso può essere organizzato in sette grandi blocchi:

• Caratteristiche generali delle terre: composizione dei terreni, rapporti tra le fasi, classificazione,

granulometria e limiti di consistenza.

• Meccanica del continuo e stati tensionali: stati di sforzo, deformazione, tensioni litostatiche, tensioni

totali ed efficaci.

• Comportamento meccanico dei terreni: modelli elastici, plastici, comportamento drenato e non

drenato.

• Prove di laboratorio: prova edometrica, prove triassiali, prova di taglio diretto.

• Filtrazione nei terreni: legge di Darcy, moti di filtrazione, sifonamento, sollevamento del fondo scavo.

• Consolidazione e cedimenti: consolidazione monodimensionale, calcolo dei cedimenti, interpretazione

dei risultati.

• Opere geotecniche: opere di sostegno, spinte delle terre, principi di stabilità.

PARTE I - CARATTERISTICHE GENERALI DELLE TERRE

1. Che cos'è la Geotecnica

La Geotecnica è la disciplina dell'ingegneria civile che studia il comportamento dei terreni e delle rocce in

relazione alle opere costruite dall'uomo.

Ogni costruzione trasmette carichi al terreno. Il terreno, a sua volta, reagisce deformandosi e

sviluppando tensioni interne. La corretta progettazione geotecnica serve a evitare:

• cedimenti eccessivi;

• rotture del terreno;

• instabilità dei pendii;

• collasso di fondazioni;

• instabilità di scavi;

• problemi di filtrazione;

• spinte non controllate su muri di sostegno.

La Geotecnica non considera il terreno come un materiale perfettamente rigido, ma come un materiale

naturale, eterogeneo, deformabile e influenzato dalla presenza dell'acqua.

2. Il terreno come materiale naturale Pagina 1

Il terreno è il risultato di processi geologici, fisici, chimici e ambientali. Può derivare dalla disgregazione

delle rocce, dal trasporto di sedimenti o da processi di deposizione.

Dal punto di vista geotecnico, il terreno è un materiale particellare formato da:

• particelle solide;

• acqua;

• aria.

Queste tre componenti costituiscono le fasi del terreno.

3. Le tre fasi del terreno

Il terreno è un sistema trifase:

• fase solida: granuli minerali;

• fase liquida: acqua contenuta nei vuoti;

• fase gassosa: aria contenuta nei vuoti.

I vuoti sono gli spazi presenti tra le particelle solide. Possono essere occupati da acqua, aria o da

entrambe.

Quando tutti i vuoti sono pieni d'acqua, il terreno si dice saturo.

Quando nei vuoti sono presenti sia aria sia acqua, il terreno si dice parzialmente saturo.

4. Volume e peso delle fasi

Per descrivere un terreno si considerano:

• volume dei solidi Vs;

• volume dell'acqua Vw;

• volume dell'aria Va;

• volume dei vuoti Vv;

• volume totale V.

Si ha:

V = Vs + Vv

con:

Vv = Vw + Va

Analogamente, per i pesi:

W = Ws + Ww

Il peso dell'aria viene generalmente trascurato.

5. Indice dei vuoti

L'indice dei vuoti è il rapporto tra volume dei vuoti e volume dei solidi:

e = Vv / Vs

Un terreno con indice dei vuoti elevato presenta molti spazi vuoti ed è generalmente più comprimibile.

Un terreno con indice dei vuoti basso è più denso e meno deformabile.

6. Porosità

La porosità è il rapporto tra volume dei vuoti e volume totale:

n = Vv / V Pagina 2

La porosità varia tra 0 e 1, oppure può essere espressa in percentuale.

Porosità e indice dei vuoti sono collegati:

n = e / (1 + e)

7. Grado di saturazione

Il grado di saturazione indica quanta parte dei vuoti è occupata dall'acqua:

Sr = Vw / Vv

Se Sr = 1, il terreno è saturo.

Se Sr < 1, il terreno è parzialmente saturo.

8. Contenuto d'acqua

Il contenuto d'acqua è il rapporto tra peso dell'acqua e peso dei solidi:

w = Ww / Ws

È un parametro molto importante perché l'acqua influenza:

• resistenza;

• deformabilità;

• consolidazione;

• filtrazione;

• stabilità.

9. Peso dell'unità di volume

Il peso dell'unità di volume, o peso di volume, è:

γ = W / V

Si distinguono:

• peso di volume naturale;

• peso di volume secco;

• peso di volume saturo;

• peso di volume immerso.

Il peso di volume immerso è importante quando il terreno è sotto falda:

γ' = γsat - γw

Dove γw è il peso di volume dell'acqua.

PARTE II - CLASSIFICAZIONE DELLE TERRE

10. Classificazione geotecnica

La classificazione delle terre serve a descrivere il comportamento del terreno attraverso parametri

semplici e confrontabili.

I terreni si distinguono principalmente in:

• ghiaie;

• sabbie;

• limi;

• argille. Pagina 3

La distinzione dipende prevalentemente dalla dimensione delle particelle e dal comportamento

meccanico.

11. Terreni granulari

I terreni granulari sono costituiti da particelle relativamente grandi, come sabbie e ghiaie.

Caratteristiche principali:

• elevata permeabilità;

• comportamento drenato prevalente;

• resistenza dovuta soprattutto all'attrito interno;

• cedimenti generalmente rapidi;

• scarsa coesione.

Nei terreni granulari l'acqua filtra facilmente e le pressioni interstiziali tendono a dissiparsi rapidamente.

12. Terreni coesivi

I terreni coesivi sono costituiti da particelle molto fini, come argille e limi argillosi.

Caratteristiche principali:

• bassa permeabilità;

• comportamento fortemente influenzato dall'acqua;

• presenza di coesione;

• cedimenti lenti nel tempo;

• fenomeni di consolidazione rilevanti.

Le argille possono mantenere forma anche in presenza di acqua, ma possono perdere resistenza se il

contenuto d'acqua aumenta eccessivamente.

13. Analisi granulometrica

L'analisi granulometrica serve a determinare la distribuzione delle dimensioni delle particelle di un

terreno.

Per i terreni grossolani si utilizza la setacciatura.

Per i terreni fini si usano metodi basati sulla sedimentazione.

Il risultato è la curva granulometrica, che indica la percentuale di materiale passante in funzione della

dimensione dei granuli.

14. Curva granulometrica

La curva granul