Appunti di Geotecnica

 GEOTECNICA   FONDAMENTI  DI  GEOTECNICA  

La   Geotecnica   è   il   settore   dell’Ingegneria   che   studia   su   basi   fisiche   e   matematiche   il   comportamento   dei   terreni   e   l’analisi  

della  risposta  di  opere  di  fondazione  e  manufatti  interagenti  con  essi.   Si  basa  su  teorie,  metodi  di  calcolo  e  procedimenti  di  di  

sperimentazione   di   carattere   generale   a   seconda   delle   caratteristiche   dei   terreni   e   nelle   rocce   in   relazione   alle   nostre  

abitazioni.    

Per  “terra”  si  intende  un  aggregato  di  particelle  solide,  tra  le  quali  ci  sono  dei  vuoti.  I  vuoti  possono  contenere  fluidi,  aria  e  

acqua.   I   legami   chimici   tra   le   particelle   son   quasi   nulli.   Le   modalità   di   alterazione   e   trasporto   a   cui   i   sedimenti   sono   stati  

sottoposti   ne   influenzano   caratteristiche   quali   la   natura,   lo   stato   e   la   struttura,   e   di   conseguenza   il   loro   comportamento  

meccanico.   La   caratteristica   che   distingue   la   terra   e   le   rocce   dagli   altri   materiali   tipici   dell’ingegneria   è   il   fatto   di   essere  

materiali  naturali  dotati  di  una   storia,  nella  quale  si  son  verificati  significativi  processi  meccanici,  termini  e  chimici.    

Il   terreno   deve   essere   indentificato,   classificato   e   conosciuto   nelle   sue   condizioni   iniziali   e   nella   risposta   ai   cambiamenti  

indotti  dagli  avvenimenti  naturali  e  o  antropici  subiti.    

Fondazioni   di   strutture,   gallerie   profonde,   dighe   in   terra,   sono   solo   tre   esempi   d’ingegneria   classificabili   come   opere  

geotecniche.   Le   fondazioni   sono   gli   elementi   strutturali   che   trasmettono   i   carichi   al   terreno.   I   principali   requisiti   di   una  

fondazione   sono   i   concetti   di   resistenza,   e   di   deformabilità.   Il   terreno   sostiene   una   fondazione.   Le   opere  di  sostegno   invece  

sono  elementi  strutturali  progettati  per  resistere  a  forze  dovute  al  terreno  da  sostenere.  Anche  per  le  opere  di  sostegno,  oltre  

alla  resistenza,  si  pongono  problemi  di  deformabilità,  cioè  di  spostamenti.    

Le  costruzioni  solitamente  vengono  appoggiate  sul  terreno.  Ma  l’edificio  ha  un  certo  peso,  una  gravità.    

Le  nostre  scelte  progettuali  possono  essere  estranee  al  terreno?  

Nel  500  c’erano  dei  trattatisti  (Cornaro,  Alberti  e  Palladio)  che  scrivono  dei  trattati  che  raccontano  le  esperienze  precedenti.  

Prima   c’erano   i   romani   che   facevano   opere   molto   pesanti,   ma   non   si   chiedevano   del   perché   facevano   così.   È   nel   corso   del  

1500  che  si  inizia  a  scrivere  sulle  fondazioni,  sul  come  bisogna  comportarsi,  in  particolare  Alberti  e  Palladio.  Palladio  diceva  

che   per   meglio   costruire   bisognerebbe   edificare   su   un   terreno   compatto,   sennò   bisogna   usare   i   pali,   e   dice   inoltre   che   le  

fondazioni   devono   essere   costruite   sullo   stesso   livello.   Anche   Alberti   dice   di   ricercare   il   terreno   sodo:   bisogna   fare   delle  

ricerche:  si  introduce  così  il  concetto  di  ANALISI.  Se  qualche  situazione  critica  si  verifica  nelle  costruzioni  in  elevato  nuoce  

manco  la  criticità,  che  non  nelle  fondamenta.  Nell’elevato,  fuori  terra,  posso  modificare,  aggiungere,  se  succede  qualcosa  nelle  

fondamenta  faccio  fatica  a  sistemare  internamente.    

L’Alberti  è  il  primo  che  si  occupa  più  approfonditamente  delle  fondamenta,  relazione  tra  la  costruzione  e  il  terreno.    

In  un’equipe  ho:  un  progettista,  al  quale  convergono  tutte  le  responsabilità,  la  guida  del  progetto  deve  rispondere  a  tutte  le  

domande   facendosi   anche   aiutare.   Ho   il   direttore   dei   lavori:   colui   che   dirige   un   cantiere,   prende   coscienza   del   progetto   e  

dichiara  se  è  eseguibile.  Tra  progettista  e  direttore  dei  lavori  ci  deve  essere  continuo  rapporto.  Si  ha   l’impresa  esecutrice,   che  

esegue  i  lavori.  Tra  direttore  e  impresa  che  rapporto  tra  i  due.    

Alla  fine  del  700  si  mettono  in  pratica  le  teorie  della  meccanica  dei  solidi.  (Legge  di  Hock  e  modulo  di  Young).  L’altezza  delle  

travi  viene  affrontata  razionalmente  con  la  teoria  della  meccanica  dei  solidi.  

Se   si   prende   un’asta   (per   esempio   di   acciaio),   e   la   si   carica   e   la   si   sollecita,   si   causa   una   certa   tensione   σ   =   N/A   (Carico/area).  

L’asta  sollecitata  si  accorcia  di  una  quantità   L.  La  mia  deformazione  laterale  sarà:  

εy  =   L/L.  posso  dire  così  di  quanto  le  particelle  si  possono  spostare.  Se  in  grafico  

metto   le   tensioni-­‐deformazioni   laterali   sono   così   rappresentate:   nel   momenti   in  

cui  tiro  via  la  tensione  vedo  una  deformazione  torna  indietro.  Ciò  vale  fino  ad  un  

certo   punto.   Passato   questo   punto   si   parla   di   deformata   residua.   Se   carico  

ulteriormente   ho   una   tensione   continua.   La   meccanica   dei   solidi   si   muove  

all’interno   di   questo   campo.   Questo   è   dettato   dal   fatto   che   le   tensioni   e   le  

deformate   crescono   in   modo   proporzionale   secondo   una   costante:   σ/ε   =   E   -­‐>  

costante   della   molla:   modulo   di   Young.   Tutti   i   modelli   solidi   da   analizzare   fanno  

riferimento   a   questo   modello.   Già   nell’800   utilizzavano   questo   modello.   Il  

materiale  deve  essere  caratterizzato  dall’attività  di  carico/molla.    

Inoltre   sulla   base   di   questo   modello   viene   ipotizzata   l’omogeneità   e   l’isotropia   dei  

materiali.   Bisogna   essere   sicuri   che   questi   comportamenti   si   riproducano   in  

qualsiasi   punto   e   in   qualsiasi   direzione   lo   solleciti.   Il   materiale   deve   aver   la  

caratteristica   di   omogeneità,   isotropia,   ed   elasticità.   Ho   un   comportamento   di  

carico/molla  in  qualsiasi  direzione.    Se  io  chiamo  il  diametro  φ,  le  deformazioni  ε 0    

L/L  

=   ,   le   si   possono   collegare   alle   deformazioni   verticali   attraverso   un  

coefficiente:  il  coefficiente  di  Poisson  εy.    

Quando  sollecito  una  struttura,  questa  si  deforma  attraverso  le  deformazioni  elastiche  e  il  coefficiente  di  Poisson.    

Si   pensa   dunque   che   anche   questi   studi   possano   essere   applicati   anche   al   terreno.   Si   considera   il   terreno   come   un   insieme   di  

molle.  Si  inizia  dunque  ad  utilizzare  questi  schemi  anche  per  il  terreno.  Dunque  all’epoca  caricavano  il  terreno,  misuravano  

l’accorciamento,  applicavano  questa  relazione  e  trovavano  dei  moduli  di  deformabilità.  Dunque  venivano  prese  delle  piastre  e  

venivano  caricate,  e  si  misurava  poi  lo  spostamento  S,  poi  la  deformazione  e  poi  la  costante.  Poi  si  faceva  l’analisi.  Il  problema  

è  che  molti  fabbricati  son  ceduti.    

È  nel  1923  che  si  capisce  bene  questi  problemi.  Sarà  in  particolare  un  laureato  di  Vienna:   Karl  Terzaghi.  Egli  vuole  cercare  di  

capire  il  comportamento  del  terreno  di  fondazione:  particelle  a  contatto  tra  loro,  non  è  un  corpo  solido,  ci  sono  dei  vuoti,  a  

contatto  con  fenomeni  naturali  (acqua)  e  non  elemento  elastico.  Il  terreno  una  volta  scaricato  dal  peso  non  ritorna  alla  sua  

posizione  iniziale  da  non  caricato.  Inoltre  il  terreno  è  frutto  di  un’operazione  naturale:  non  omogeneo.  

Gli  attrezzi  che  vengono  utilizzati  per  analizzare  le  terre  vengono  portati  in  Italia  dall’America  soltanto  alla  fine  della  guerra  

mondiale,  nel  1950.    

  Proprietà  identificative  e  di  classificazione  delle  terre:  

•

il   terreno   è   formato   da   elementi   solidi   e   da   vuoti.   Nei   vuoti   ci   può   essere   acqua,   gas   e   sostanze   chimiche.   Noi   però  

considereremo   che   nei   vuoti   ci   sia   solo   acqua.   Questi   terreni   allora   vengono   detti:  

TERRENI  SATURI.    

Le   particelle   solide   che   aggregate,   costituiscono   una   terra   derivano   da   fenomeni   di  

alterazione  fisica  e  chimica  di  rocce.    

Le   particelle   sono   a   contatto   in   un   numero   infinito   di   punti.   Le   particelle   in   un  

processo   di   spostamento   hanno   dimensioni   diverse:   in   montagna   sono   spigolose,  

solitamente   son   le   particelle   provenienti   dalla   roccia   madre,   mentre   al   mare   sono    

Esempi  di  granuli  di  sabbia

arrotondati,   solitamente   sono   particelle   di   origine   fluviale.   I   terreni   da   una   zona  

all’altra  cambiano  completamente.    

Non   ci   sono   solo   fenomeni   fisici   che   creano   la   disgregazione   della   roccia   madre,   ma   anche   ci  

sono   anche   fenomeni   chimici:   minerali   argillosi.   Questi   minerali   che   hanno   una  

conformazione   chimica   precisa   formano   dei   blocchetti   ma   che   non   posso   vedere   ad   occhio  

nudo,  ma  solo  col  microscopio  elettronico.  Sono  sempre  elementi  granulari  ma  non  visibili  ad  

occhio  nudo.  Queste  particelle  presentano  delle  cariche  elettroniche  negative  sulla  superficie.  

La  somma  delle  cariche  è  uguale  a  0.  La  carica  positiva  e  la  carica  negativa  si  attaccano.  I  più  

comuni   minerali   argillosi   sono   la   caolinite,   l’illite   e   la  

Particelle  argillose  viste  al  

microscopio   montmorillonite.  Per  la  loro  composizione,  l’interazione  

elettro-­‐chimica   con   il   fluido   entro   il   quale   avviene   la  

deposizione   può   dar   luogo   a   strutture   “flocculate”,   la   cui  

deposizione  è  in  acqua  salmastra,  o &n