Appunti Fondamenti di geotecnica - Moduli 5-6

NATURA E COSTITUZIONE DEI TERRENI

MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DEL TERRENO

MODELLI COSTITUTIVI

CONDIZIONI DI BREVE TERMINE E LUNGO TERMINE / DRENATE E NON

DETERMINAZIONE IN LABORATORIO DEI PARAMETRI DEI MODELLI

PERMEABILITÀ, MOTI DI FILTRAZIONE E CONSOLIDAZIONE

OPERE DI SOSTEGNO

FONDAZIONI SUPERFICIALI

FONDAZIONI PROFONDE

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DETERMINAZIONE IN LABORATORIO DEI PARAMETRI DEI MODELLI

LE PROVE MECCANICHE

Le prove meccaniche possono essere:

• Prove di esercizio: Sono prove di compressibilità in cui il materiale non viene portato a rottura, si studiano le variazioni di volume che subisce prima. Si utilizza il modello elastico lineare. Sono le prove: Compressione edometrica e Compressione isotropa. Dal momento che non si punta alla rottura del materiale, lo stato di sforzo a cui sottopongo il provino sarà lontano dalla retta del criterio T. Alle variazioni di volume corrisponderà uno spostamento del cerchio di Mohr lungo l’ascissa, non subirà variazioni poiché ‘q’ rimane costante, varia solo P.

• Prove di rottura: sono prove che portano a rottura il materiale. Si utilizza il mezzo plastico perfetto. Sono prove di rottura: Taglio diretto e Cella triassiale.

Per stabilire di quanto il terreno è sovraconsolidato si calcola l'indice di sovraconsolidazione:

Maggiore è il rapporto, maggiore è il campo in cui il terreno è sovraconsolidato.

La sovraconsolidazione può avvenire a seguito di movimenti tettonici oppure per l'erosione.

La prova edometrica permette di capire se un terreno, al momento della prova, ha storicamente subito sforzi maggiori o se invece si trova in condizioni di normale consolidazione.

Preso ora un campione di materiale indisturbato, sottoposto alla prova edometrica:

La curva che ottengo ha un gomito, in corrispondenza di esso la tensione è la massima che il terreno ha mai subito nella sua storia. Tutto quello che c'è prima è appartenente alla curva di scarico-ricarico in cui mi trovo, significa che il materiale fino a quando era prima della tensione massima, era sovraconsolidato. Per stabilire il grado di sovraconsolidazione devo confrontare la o'₀ e la o'vmax.

LE PROVE DI RESISTENZA A ROTTURA: PROVA DI TAGLIO DIRETTO

Un provino quadrato di altezza "ho" viene fatto consolidare per 24h nel contenitore. È poi sottoposto contemporaneamente ad una forza verticale (Fa) ed uno spostamento orizzontale (δh). La parte inferiore del provino scorre mentre il movimento della parte inferiore è impedito. Il meccanismo che lo tiene fermo ha quella forma perché crea una risposta alla sollecitazione assiale orizzontale senza generare momento. Ad esso è attaccato un anello dinamometrico che misura la forza necessaria a far rimanere ferma la parte di provino (Fh). Viene anche misurato lo spostamento verticale (δh).

Questa prova non è propriamente accurata poiché non ci permette di conoscere lo stato di sforzo sull'elemento infinitesimo, e quindi anche lo stato di sforzo complessivo. Permette tuttavia di conoscere lo stato di sforzo sulla superficie di rottura:

La prova non permette anche di considerare la distorsione angolare del provino sottoposto a taglio poiché non è calcolabile l’altezza della zona di distorsione (banda di taglio).

Permette però di valutare la distorsione assiale:

LA PROVA TRIASSIALE

Nella prova triassiale si applicano sforzi assiali-simmetrici. L'acqua che viene inserita nella cella non entra in contatto con il provino e genera una pressione isotropa Pc che equivale al loro radiale.

Si impone durante la prova anche lo spostamento verticale S_h al fin di registrare lo sforzo assiale Fa. Essendo in campo dinamico infatti, bisogna ricorrere a queste tipi di misurazione per poter apprezzare la rottura del materiale. Si registra rottura quando la Fa, dopo un picco, inizia a decrescere.

Ci sono diversi tipi di prove che si possono effettuare:

• Prove con Consolidazione Isotropa

Prove con Consolidazione Isotropa

• Fase di consolidazione isotropa (CI) : viene Applicata unicamente la Pressione di cella (Pc ). Ad essa si oppone la Contropressione Uo. Essa è sempre minore di Pc, altrimenti si registrerebbe una rigonfiamento del provino. Si attendono 24h per la consolidazione.

In questa fase si misura la variazione di volume e di conseguenza le deformazioni ε :

ΔV = Δu = Δv

ε_v = ε_x + ε_y + Δv_v

• Compressione assiale in condizioni non drenate (U): fase in cui la cella viene messa sotto la pressa e sottoposta a compressione assiale. Per garantire le condizioni non drenate la prova si svolge a rubinetti chiusi. Non permettendo all'acqua di fuoriuscire dal provino, si possono misurare le sovrappressioni Δu.

In questa fase si misurano le sovrappressioni dell'acqua e le deformazioni:

Δuε_v = 0ε_a = Δl / l₀E_a = 1/3 ε_a

I risultati della prova su un terreno normalmente consolidato

Durante la prova aumenta esclusivamente ε_a, tuttavia l'acqua ha spostamento impedito per cui nascono delle sovrappressioni. Il valore di P’ tende a diminuire per cui si riduce la resistenza. Il materiale arriva a rottura prima di quanto non farebbe in condizioni drenate.

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PERMEABILITÀ, MOTI DI FILTRAZIONE E CONSOLIDAZIONE

Dominio di filtrazione e Serbatoio a capacità indefinita.

Prendiamo ad esempio questo serbatoi collegati tra loro da un tubo nel quale sono presenti due terreni con porosità differenti. Studiamo il carico idraulico:

u = z + ^p⁄_sw = cost idraulica

u = i ± ^ph⁄_sw = cost idraulica

u₀ = h_z0 + ^v_z ⁄_L ± L₀ = L₁

Laddove ci troviamo in condizioni per cui l'acqua si muove senza apprezzabili perdite di carico idraulico, si definisce serbatoio. Le perdite di carico avverranno nel dominio di filtrazione.

Avendo due terreni con permeabilità diverse, l’andamento delle perdite di carico idraulico dipenderà proprio da esse:

Nonostante in questo caso vari la permeabilità e quindi k1≠k2, la portata deve rimanere uguale. Avendo quindi che Q1=O2, esplicitiamo i due termini:

^{A₁ k₁ Δe₁} ⁄_e1 = ^{A₂ k₂ Δe₂} ⁄_e2

Δl = Δe₁ + Δe₂

Δe₁ = ^{A₂ k₂} ⁄_{A1 k1} e₁ Δe

Δe = ^A₂ ⁄_A1 k₂ ⁄k₁ e₁ ⁄e₂ Δe₁ +Δe₂ = → Δe₂ = Δe ¹⁄_{1 + ^{A2 e1vz} ⁄A1 e2}

IL SIFONAMENTO

Ragioniamo in termini di U: essa varia in modo uguale fuori dallo scavo e per la ghiaia (che fa da serbatoio indefinito).

Nel dominio di filtrazione Df le pressioni interstiziali variano: siamo in presenza di moti di filtrazione.

La pendenza del diagramma in questo caso è diversa rispetto a quella a monte o fuori dallo scavo.

Maggiore è la profondità dello scavo e maggiore è anche la pendenza.

Esiste un caso per cui le rette delle pressioni interstiziali U e di σv tensioni totali sono parallele e di conseguenza le tensioni efficaci sono nulle, σ'v = 0.

Questo è proprio il fenomeno del sifonamento.

Il terreno in pratica si comporta come se fosse un fluido e non offre resistenza.

Le pareti dello scavo crollano, è lo stesso fenomeno delle sabbie mobili.

Il sifonamento dunque è dovuto alle pendenza delle rette che descrivono U e σv.

Nello scavo bisogna sempre verificare che i < i cr.