RESISTENZA A TAGLIO. Università degli Studi di Trento - Facoltà di Ingegneria Geotecnica A / Geotecnica B (Dr. A Tarantino) 1.1

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1 RESISTENZA A TAGLIO 1.1

2 Capacità portante di una fondazione F W ribaltante W stabilizzante mobilitata La stabilità del complesso terreno-fondazione dipende dalle azioni tangenziali che si possono mobilitare lungo la superficie di scorrimento e che si oppongono alla rotazione del volume di terreno 1.2

3 Muri di sostegno W S mobilitata La spinta sull opera di sostegno dipende dalle azioni tangenziali che si possono mobilitare lungo la superficie di scorrimento e che sostengono il volume di terreno che spinge sull opera 1.3

4 Scavi a parete verticale W mobilitata L altezza di autosostentamento dipende dalle azioni tangenziali che si possono mobilitare lungo la superficie di scorrimento e che sostengono il volume di terreno potenzialmente instabile 1.4

5 Azioni tangenziali mobilitate nel terreno banda di taglio σ Problema: determinare la resistenza a taglio mobilitata lungo la superficie di scorrimento, in funzione dello sforzo normale σ 1.5

6 Condizioni drenate Condizioni drenate: la variazione di stato tensionale avviene molto lentamente rispetto al tempo necessario per la dissipazione delle sovrappressioni interstiziali Le pressioni interstiziali assumono il valore imposto dalle condizioni al contorno e possono essere determinate studianto il processo di filtrazione. Note le pressioni interstiziali, è possibile calcolare le pressioni efficaci σ e correlarle alle azioni tangenziali Banda di taglio Resistenza a taglio in termini di pressioni efficaci σ = (σ ) 1.6

7 Condizioni non drenate Condizioni non drenate: la variazione di stato tensionale avviene molto rapidamente rispetto al tempo necessario affinché l acqua possa uscire dal terreno e dissipare le sovrappressioni interstiziali Il volume si mantiene costante (poiché l acqua non puàò uscire) e le pressioni interstiziali aumentano o diminuiscono di un valore che non può essere noto a priori. Non conoscendo le pressioni interstiziali, non è possibile calcolare le pressioni efficaci σ e non è possibile utilizzare la funzione =(σ ) Si preferisce correlare la resistenza a taglio direttamente alla tensione totale σ a condizione di eseguire prove in condizioni non drenate Banda di taglio σ Resistenza a taglio in termini di pressioni totali = (σ) 1.7

8 Apparecchiatura di taglio diretto acqua δ v N piastra di carico cella di carico M C u w 0 campione telaio rigido N T δ h pietra porosa L apparecchiatura di taglio diretto consente di investigare la resistenza mobilitata lungo una superficie di scorrimento 1.8

9 La condizione al contorno per le pressioni interstiziali N acqua δ v cella di carico u w 0 C L aqua interstiziale è in comunicazione, attraverso le pietre porose, con l acqua nel contenitore la cui pressione può assumersi pari a zero. In condizioni drenate (equilibrio tra l acqua intertiziale e l acqua allesterno del provino) la pressione interstiziale è nulla e σ=σ 1.9

10 Fase di consolidazione La prima fase della prova consiste nell incrementare la pressione verticale σ fino al valore desiderato e misurare lo spstamento verticale δ v, analogamente alla prova edometrica σ=n/a t 100 log t t δ v δ v δ dissipazione pressioni interstiziali 1.10

11 Fase di taglio La seconda fase della prova consiste nell imporre uno spostamento orizzontale relativo δ h e misurare lo sforzo tangenziale e lo spostamento verticale δ v δ h δ v 1.11

12 La velocità della prova di taglio La prove di taglio deve essere eseguita imponendo una velocità di spostamento orizzontale relativo sufficientemente lenta da consentire che l acqua interstiziale possa drenare e dissipare le sovrappresioni interstiziali Comportamento contraente Comportamento dilatante La pressione tende ad aumentare L acqua fuoriesce dal provino La pressione tende a diminuire L acqua entra nel provino t rottura = 10 t

13 Risposta dei terreni ad elevata porosità Argille normalmente consolidate o sabbie sciolte δ h δ h δ v La resistenza si incrementa monotonicamente fino al raggiungimento di un valore ultimo Il volume diminuisce fino a raggiungere un valore costante 1.13

14 Risposta dei terreni a bassa porosità Argille sovra-consolidate o sabbie dense δ h δ h δ v La resistenza si incrementa fino a raggiungere un valore di picco per poi decresecere raggiungere un valore ultimo Il volume inizialmente diminuisce per poi aumentare fino a raggiungere un valore costante 1.14

15 Interpretazione microstrutturale del comportamento volumetrico Terreni sciolti I grani si dispongono formando una struttura aperta Per effetto del taglio, i grani scorrono l uno sull altro e il terreno tende ad addensarsi Terreni addensati I grani si dispongono formando una struttura addensata I grani tendono a scavalcare quelli sottostanti per poter scorrere per effetto dell azione di taglio 1.15

16 Superficie ideale di rottura a dente di sega 1.16

17 omponenti dell angolo di resistenza al taglio T ψ N* N T* * T = N N = N T N * * * sinψ + T * cosψ T = tanφ cr cosψ * sinψ T N * * N sinψ + N tanφcr cosψ tanψ + tanφcr = = = tan * * N cosψ N tanφcr sinψ 1 tanφcr tanψ ( ψ + φ ) cr φ = ψ + p φ cr 1.17

18 Un modello per la resistenza a taglio dei terreni T N y Energia fornita al campione Energia dissipata per attrito x Tdx Ndy = µ (N dx) = µ + σ dy dx coefficiente di attrito dilatanza 1.18

19 Comportamento contraente /σ < µ = µ σ σ x = µ + σ dy dx x y dy dx < 0 dy dx =

20 Comportamento dilatante /σ < µ σ > µ σ = µ σ σ dy dx max max x = µ + σ dy dx y dy dy > < 0 dx 0 dx dy dx = 0 x 1.20

21 Effetto della pressione verticale sulla resistenza a taglio σ v crescente L incremento della pressione verticale tende a sopprimere la dilatanza σ v crescente x y x 1.21

22 isultati di una serie di prove di taglio diretto resistenza di picco resistenza ultima σ v La resistenza di picco converge verso la resistenza ultima ad alte pressioni verticali 1.22

23 Inviluppi di rottura resistenza di picco resistenza ultima σ v I dati di resistenza ultima si dispongono su di una retta passante per l origine 1.23

24 Criterio di resistenza di Mohr-Coulomb = c + σ tan φ φ c σ Nel mezzo ideale di Mohr-Coulomb, φ e c sono costanti 1.24

25 Criterio di resistenza di Mohr-Coulomb adattato ai terreni resistenza di picco resistenza ultima σ v La resistenza ultima è rappresentabile da una retta La resistenza di picco è linearizzabile a tratti 1.25

26 Il parametro angolo di attrito φ L angolo di attrito è un parametro del modello e NON del terreno resistenza di picco φ φ φ ultimo resistenza ultima L angolo di attrito ultimo può essere considerato un valore caratteristico del terreno L angolo di attrito di picco dipende dall intervallo di pressioni nel quale è eseguita l interpolazione lineare σ v 1.26

27 Il parametro coesione c c La coesione è un parametro del modello e NON del terreno resistenza di picco c c resistenza ultima σ v La coesione è tipicamente nulla per la resistenza ultima La coesione di picco dipende dall intervallo di pressioni nel quale è eseguita l interpolazione lineare e rappresenta l intercetta dell inviluppo lineare più che une vera coesione 1.27

28 Limite delle prove di taglio diretto Non è possibile investigare la resistenza in condizioni non drenate, poiché non è possibile impedire che l acqua esca o entri nel campione Non si ha controllo dello stato tensionale e di deformazione 1.28

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