Università Degli Studi Della Basilicata Sede Di

8/14/2019 Universit Degli Studi Della Basilicata Sede Di

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CORSO DI

Fondamenti di Geotecnica

Testi consigliati

Geotecnica, R. Lancellotta, Zanichelli Editore

Lezioni di Meccanica delle Terre, A. Bughignoli,Editoriale ESA

Meccanica delle Terre, T.W. Lambe e R.V.Withman, Dario Flaccovio Editore

Geotecnica meccanica delle terre e fondazioni, J.Atkinson, McGraw-Hill

Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/1

Universit degli Studi della Basilicata

Sede di Matera


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LINGEGNERIA GEOTECNICA STUDIA SU BASIFISICO-MATEMATICHE IL COMPORTAMENTOMECCANICO DI:

TERRENI (ROCCE SCIOLTE)e

ROCCE (ROCCE LAPIDEE)

SOGGETTI NELLA LORO SEDE NATURALEAD AZIONI ESTERNE,

MODIFICHE DELLE CONDIZIONI AI LIMITI EMODIFICHE DELLE PROPRIETA

A CAUSA DI FENOMENI NATURALI O DI INTERVENTIANTROPICI

ESTRATTI DALLA SEDE NATURALE ED IMPIEGATI COMEMATERIALI DA COSTRUZIONE DI:

RILEVATI

ARGINICOLMATE

DIGHE IN MATERIALI SCIOLTI



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FONDAZIONI

Tutte le strutture civili (edifici, ponti, muri, ecc.) sonovincolate al terreno attraverso una struttura difondazione, che va opportunamente dimensionata.

Il vincolo terreno, sollecitato attraverso la fondazione,non deve infatti collassare o essere troppo cedevole(cio, produrre cedimenti incompatibili con la staticae/o la funzionalit della sovrastruttura).

La soluzione del problema richiede tipicamente lavalutazione:

della capacit portante della fondazione; dei cedimenti indotti in condizioni di esercizio.



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OPERE DI SOSTEGNO

determinare le azioni esercitate dal terreno sullastruttura di sostegno; regolare il regime delle acque a tergo del muro; determinare le azioni esercitate in fondazione; verificare il muro al ribaltamento e allo scorrimento; verificare gli elementi strutturali.

Occorre:



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COSTRUZIONI IN TERRA

(rilevati e argini)

verificare i cedimenti in condizioni di esercizio; valutare la sicurezza nei confronti della stabilit delle

scarpate; analizzare il comportamento idraulico (ove richiesto).

necessario:



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La tematica estremamente ampia e complessa. Visono numerosi problemi geotecnici associati allacostruzione e allesercizio di tali opere.

COSTRUZIONI IN TERRAgrandi dighe



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STABILITA DEI PENDII

Tipicamente si adoperano procedure sperimentali e

teoriche per la valutazione della sicurezza di pendii eper lanalisi diagnostica di movimenti franosi in atto ogi avvenuti.



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DINAMICA DELLE TERRE E DELLE ROCCE



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DINAMICA DELLE TERRE E DELLE ROCCE



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MECCANICA DELLE ROCCE



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IN TUTTI I PROBLEMI INDICATI OCCORRE TENERECONTO DELLA NATURA DEL

MATERIALE CON CUI SI HA A CHE FARE

LIMITANDOCI AL CASO DEI TERRENI

(il corso non tratta della meccanica delle rocce)

IL MEZZO GRANULARE e POROSO(GRANELLI E SPAZI INTERGRANULARI)

E COSTITUITO DA PIU FASI(SOLIDA, LIQUIDA E GASSOSA)

CHE INTERAGISCONO

HA COMPORTAMENTO MECCANICO NOTEVOLMENTEINFLUENZATO DALLA STRUTTURA

(ossia dallassetto dei granelli e da eventuali debolilegami di cementazione tra di essi)

LESTREMAVARIABILT DEI TERRENI E DELLESITUAZIONI NATURALI RENDE SEMPRE NECESSARIO

ESEGUIRE INDAGINI SPERIMENTALI SPECIFICHE



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Minerale: elemento naturale inorganico,omogeneo, di caratteristiche fisiche definite edi composizione chimica esprimibile medianteuna formula. I minerali si presentano molto

frequentemente allo stato cristallino, ciocome aggregati regolari di ioni, atomi omolecole.

Terra: aggregato naturale di grani mineraliche possono essere separati mediantesemplice azione fisica, come lagitazione inacqua.

Roccia: aggregato naturale di minerali (acomposizione molto variabile) connessi da

permanenti e forti legami.



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Rocceignee

Roccemetamorfiche

Sedimentiedimenti(ghiaia, limo, argilla, sabbia)(ghiaia, limo, argilla, sabbia)

Roccesedimentaree

MagmaLava

Temperatura e pressioneFusione

Fusione

Fusione

Raffreddamento

Erosione

Cme

ao Temperaturae

pressione


CICLO DELLE ROCCE


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I terreni sono aggregati naturali di grani

minerali che possono essere separatimediante semplice azione fisica, comelagitazione in acqua.

Le dimensioni dei grani variano in unintervallo molto ampio

Argille: d 2 m

Limi: 2 m < d 0,06 mm

Sabbie: 0,06 mm < d 2 mm

Ghiaie: 2 mm < d 60 mm

Ciottoli: d > 60 mm

[MIT]



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VARIABILIT DELLE PROPRIET INLITOTIPI OMOGENEI


z(m)

CF (%) ewP, w, wL (%) IC (%) CaCO3 (%) (kN/m3)

wL (%)

PI(%)


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particella solida

scheletro solido spazio interstiziale(poro)

MEZZO POROSOASCIUTTO



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INTERAZIONE GRANO-GRANO

s

d

N

N

N

N

TT

particella solida comportamento elastico, lineare, isotropo infinitamente resistente

d

N

Tmax = N

s

T

d/2



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COMPORTAMENTO NON LINEARE ed ELASTO-PLASTICOesempio della compressione a sezione trasversale costante

v


0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50

Tensione verticale, 'v (kg/cmq)

Indicedeivuo

ti,e=Vp/Vs

Linea di primo carico

(kg/cm2)


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MEMORIA DELLA STORIA TENSIONALE

v


0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50

Tensione verticale, 'v (kg/cmq)

Indicedeivuo

ti,e=Vp/Vs

Linea di primo carico

Linee di scarico-ricarico

(kg/cm2)


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particella solida

scheletro solidofluido interstiziale

MEZZO POROSO SATURO



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INTERAZIONE TRA LE FASI

CONDIZIONE INIZIALE(NON DRENATA)

CONDIZIONE FINALE(DRENATA)

CON

SOLIDAZIONE



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STRUTTURA DEI TERRENI A GRANA GROSSA



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FORMA DELLE PARTICELLETERRENI A GRANA GROSSA (SABBIE e GHIAIE)



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GRADO DI ARROTONDAMENTO DEI GRANI(SABBIE e GHIAIE)

A: a spigoli vivi; B: a spigoli parzialmentearrotondati; C: subarrotondati; D: arrotondati;E: ben arrotondati.



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CURVE GRANULOMETRICHE DI DUE TERRENI

limo sabbia ghiaiaargilla

0,002 2 600,06

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

Diametro (mm)

Passanteinpeso(%

)

Tric

arico

Bisa

ccia

Bisaccia: argilla con limo

Tricarico: limo con argilla sabbioso


NB: Secondo componente preponderantetra 50% e 25 % con + nometra 25% e 15% nome + osotra 15% e 5% nome + debolmente oso< 5% -


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limo sabbia ghiaiaargilla

0,002 2 600,06

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

Diametro (mm)

Passanteinpeso(%)

AB

C

Coefficiente di uniformit

C =D60D10



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31/43

4.763.362.38

0.074200

0.105140

0.149100

0.21070

0.250600.29750

0.42040

0.59030

0.84020

1.19161.6812

2.0010

8

6

4

Apertura dellemaglie (mm)

Setaccio

P1

f

d1

d

P2

Pi

d2

di



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principio di funzionamento:

la velocit di caduta v - in moto uniforme - di unasfera di diametro d in un fluido proporzionale alquadrato del diametro:

2wS d1800

v =

s (g/cm3) = peso specifico del materiale della sfera

w (g/cm3) = peso specifico dellacqua

(gs/cm2) = viscosit cinematica dellacqua = f(T)d (mm) = diametro della sfera

legge di Stokes

SEDIMENTAZIONE



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PIUTTOSTO CHE NELLA DETERMINAZIONE DELLA VELOCIT

DI CADUTA DEI GRANI, LA PROVA CONSISTE NELLAMISURA, AD INTERVALLI DI TEMPO PREFISSATI,

DELLA DENSIT () DI UNA SOSPENSIONE DI TERRENO(CIRCA 75 g) E ACQUA OPPORTUNAMENTE TRATTATA

provvedimenti particolari consistono in:

adozione di un disperdente 33 g di esametafosfato

di sodio, 7 g di carbonato di sodio e acqua distillatafino a formare una miscela di 1 l (AGI 1994)

controllo temperatura correzioni per tenere conto di errori di lettura e dellapresenza del disperdente



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OH-

Alluminio, magnesio, ecc.

ossigenosilicio

Unit strutturali dei silicati

(Si4O10)4-

Al2(OH)6



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7.5 m

Tovey, 1971

Caolinite

7.2

La caolinite composta da strati tetraedrici alternati a strati ottaedrici.Una particella di caolinite ha un rapporto larghezza-spessore compresotra 5 e 10 ed costituita da circa cento pacchetti sovrapposti, tenutiinsieme dalle forze di van der Waals e dal legame tra lidrogeno degliossidrili e gli ioni ossigeno.



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Tovey, 1971

Montmorillonite

acqua ioni

La montmorillonite composta da uno strato ottaedrico posto tra duestrati tetraedrici. Lo spazio tra i pacchetti contiene molecole dacqua ecationi. Nello strato ottaedrico avviene la parziale sostituzionedellalluminio con magnesio e del magnesio con ferro. Il conseguentesbilanciamento elettrostatico compensato da cationi che si

dispongono tra i pacchetti, sulla superficie e sui bordi delle particelle. Ilegami tra pacchetti sono dovuti a forze di van der Waals ed ai cationi.

7.5 m



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--- -

-

- ---

-

--

-

-- -- ---

---

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

+

+

+

+

ACQUA ADSORBITA DA UNA PARTICELLA ARGILLOSA

acqua libera

acquaadsorbita

doppio strato

cationi



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particella solida

scheletro solido fluido interstizialeincompressibile

MEZZO POROSO SATURO

complessi di adsorbimento



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Le forze elettrostatiche di repulsione sono dovuteallinterazione tra doppi strati (in particolare, tra caricheelettriche dello stesso segno) e dipendono fortemente dallaconcentrazione elettrolitica del fluido interstiziale.Ad esse si sovrappone unattrazione dovuta alle forze di Vander Waals. Queste sono prodotte dal campo magneticogenerato dal moto degli elettroni attorno ai nuclei e

decrescono rapidamente con la distanza.

La forza risultante che si esercita tra due particelleargillose pu avere segno diverso a seconda delladistanza e della concentrazione elettrolitica

Struttura dello scheletro solido: forze particellari



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STRUTTURA DISPERSA E FLOCCULATAARGILLE



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l

l

l/2

l/2

l/4

l/4

S1 =6*l2 As1= S1/P = 6*l

2

S2 =8*6*(l/2)2 As2= S2 P =

________________8*6*(l/2)2 = 12*l2

S3 =64*6*(l/4)2 As3=S3/P=

_______________64*6*(l/4)

2

=24*l

2

P = 1 gSuperficie specifica



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0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

d (mm)

S/P=superficie

specifica(m2/g)

ARGILLA LIMO SABBIA GHIAIA

FORZE DI MASSA E SUPERFICIE

S=superficie laterale esternaP=peso delle sferes=peso specificod=diametro delle sfere

Particelle sferiche

( ) drr

PS

ss =

=

643

34

2



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Le particelle di argilla hanno

superficie specifica molto elevata

- una particella di sabbia di dimensioni medie pari

a 2 mm ha una superficie specifica di 210-4 m2/g

- la caolinite ha una superficie specifica di 10

20 m2/g

- La montmorillonite ha una superficie specifica di

800 m2/g !!!

caolinitelarghezza: 1 mspessore: 0.1 m

montmorillonitelarghezza: 0.1 mspessore: 0.001 m

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