Elementi di Geotecnica

La Geotecnica è la “disciplina che tratta il comportamento delle terre nella loro sede naturale (terreni) e pertanto si occupa dei problemi connessi alla progettazione, alla costruzione e al comportamento di tutti i vari tipi di opere in terra, come fondazioni, dighe, rilevati, argini, gallerie ecc.” (Enciclopedia Treccani). Si tratta di una materia che riveste un ruolo di primaria importanza nel campo dell’ingegneria e delle costruzioni, giacché ogni singola struttura artificiale poggia più o meno direttamente sul terreno, che deve di conseguenza rispondere a determinati criteri di resistenza. Da che mondo è mondo, anche la migliore struttura di per sé resistente a qualsiasi sollecitazione, se posta su un terreno inadatto non potrà garantire degli standard di sicurezza e stabilità basilari, ma nonostante questo lampante esempio sull’importanza dello studio del comportamento dei terreni, la Geotecnica è spesso e volentieri una materia indigesta agli studenti, forse per la mole di conoscenze che apporta, forse per la difficoltà dei docenti di porre le giuste basi per la comprensione degli argomenti.

DeltaScience vuole mettere a disposizione una raccolta di appunti concisa e discorsiva, che farà da preludio a futuri approfondimenti mirati su alcuni temi essenziali. Nel documento disponibile su Docsity vengono riassunti, quanto più concisamente possibile, gli argomenti trattati durante il corso di Geotecnica sostenuto presso l’Università di Trento dalla prof.ssa Pozzato per gli studenti di Ingegneria Civile e Ambientale.

La trattazione è corredata di domande tratte dagli esami scritti degli anni scorsi, che consentono allo studente di verificare il proprio apprendimento nel corso della lettura. I contenuti sono i seguenti.

FORMAZIONE E NATURA DEI TERRENI Si parte da un argomento familiare al mondo dell’ingegneria descrivendo la compattazione dei terreni, illustrandone gli obiettivi sia teorici che pratici e le tecniche utilizzate, nonché accennando brevemente ai parametri osservabili e alle prove Proctor, evidenziando la diversa risposta dei vari tipi di terreno. Successivamente viene dato spazio alla classica descrizione e classificazione dei terreni, illustrando le proprietà indici, il significato della composizione granulometrica, le distinzioni effettuate sulla base della composizione mineralogica, e i limiti di consistenza (o limiti di Atterberg), per finire con un accenno ai sistemi di classificazione ASTM, AASHTO, USCS, BS e alla carta di plasticità di Casagrande.

STUDIO DEL COMPORTAMENTO MECCANICO La trattazione inizia affrontando gli accoppiamenti meccanici e il modello di Mohr (a breve sarà disponibile un approfondimento sul cerchio di Mohr), analizzando brevemente le componenti della tensione definite dal relativo tensore degli sforzi, per individuare i tre stati fondamentali di tensione monoassiale, biassiale e triassiale. Si parla poi velocemente delle equazioni indefinite dell’equilibrio statico, delle invarianti di tensione, della deformazione lineare, piana e volumetrica. Si introduce in questo contesto, dopo aver descritto il modello di Mohr, il concetto di stress-path, o percorso tensionale, per coi proseguire con l’introduzione del modello dei continui sovrapposti. Successivamente si affronta l’importantissimo argomento della permeabilità dei terreni, correlato al concetto delle tensioni litostatiche.

EQUAZIONI DI EQUILIBRIO E DI CONTINUITÀ Viene subito esposta la relazione di Darcy, da cui parte la trattazione per il bilancio di massa della fase liquida e della fase solida che restituiscono l’equazione finale di equilibrio.

DEFORMAZIONE E FILTRAZIONE MONODIMENSIONALE Partendo dall’equazione di Laplace del flusso in un mezzo ideale si affrontano analiticamente i problemi della filtrazione dal basso verso l’alto e viceversa. Segue il tema della compressibilità monodimensionale e della consolidazione primaria, introducendo il concetto di condizioni edometriche e quindi descrivendo la prova edometrica, per poi passare alla costruzione di Casagrande, alla tensione e al grado di preconsolidazione, agli indici di compressione, rigonfiamento e ricompressione, e stabilire infine il coefficiente di consolidazione monodimensionale. Successivamente si accenna al calcolo dei cedimenti, e in seguito la trattazione verte sul caso di carico in condizioni non drenate e sul conseguente consolidamento con dissipazione delle pressioni interstiziali. La sezione si conclude con l’argomento della filtrazione piana e alcuni esempi grafici del comportamento dell’acqua nei terreni.

MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO In questa parte viene descritto il criterio di resistenza di Mohr-Coulomb e il contributo della dilatanza nelle prove di taglio, che conduce alla formulazione di Taylor per l’omonimo criterio di rottura. Infine, si parla della resistenza dei terreni in termini generali.

RESISTENZA AL TAGLIO Vengono descritte le prove di taglio e compressione, illustrando le apparecchiature utilizzate e le grandezze osservate per ciascuna di esse, nonché la terminologia specifica per il particolare caso delle prove di compressione triassiale.

INDAGINI E PROVE IN SITO Si illustrano le indagini conducibili per la definizione delle caratteristiche stratigrafiche, fisiche, meccaniche, idrauliche e di deformabilità dei terreni, per poi descrivere nel dettaglio le prove penetrometriche statiche (elettrica e meccanica) e dinamiche, le prove di carico su piastra, dilatometriche, pressometriche e scissometriche, le prove geofisiche o sismiche e le prove di permeabilità. Vengono poi descritte le prove in sito che si conducono nei casi di perforazione di sondaggio, ma anche i principali strumenti per il controllo del carico idraulico come i piezometrici idraulici (a tubo aperto, a cella porosa e PiezoPress) e le celle piezometriche (elettriche, a corda vibrante e pneumatiche). Si affrontano infine le prove di permeabilità conducibili in sito, vale a dire le prove in foro a carico costante e a carico variabile, e le prove per emungimento da pozzi.

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