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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
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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
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z(m)
CF (%) ewP, w, wL (%) IC (%) CaCO3 (%) (kN/m3)
wL (%)
PI(%)
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VARIABILIT DELLE PROPRIET INLITOTIPI OMOGENEI
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Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/18
VARIABILIT DELLE PROPRIET INLITOTIPI OMOGENEI
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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
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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
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/22
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
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/24
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STRUTTURA DEI TERRENI A GRANA GROSSA
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/25
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FORMA DELLE PARTICELLETERRENI A GRANA GROSSA (SABBIE e GHIAIE)
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/26
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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
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/28
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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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
Fondamenti di Geotecnica fascicolo 1/37
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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