1,/ Renato Lancellotta Geotecnica. Quarta edizione K _ D CORSO GTEC- 6 o (7) INGEGNERIA. Sezione n. 9

Transcript

1 -- 1,/ '- {- \ - l Renato Lancellotta Geotecnica Quarta edizione K _ D CORSO GTEC- 6 o (7) INGEGNERIA Sezione n. 9

2 Prefazione Xl CAPITOLO 1 CAPITOLO 2 Dal discreto reale al continuo astratto: la meccanica dei continui Origine, descrizione 2.1 Il linguaggio della meccanica dei continui: e classificazione dei terreni la notazione tensoriale Simboli di Kroneker e di Levi-Civita Origine dei terreni naturali Tensori Alterazione Rappresentazione diadica dei tensori Trasporto dei sedimenti l eggi di trasformazione delle componenti Sedimentazione.5 di un tensore Termini descrittivi basati 2.5 Autovalori e autovettori 44 sulle dimensioni delle particelle Campi vettoriali e tensoriali l e particelle argillose Moto Struttura dei minerali 2.8 Deformazioni finite 49 argillosi Descrizione della deformazione finita lnterazione tra particelle in termini di gradienti di spostamento 51 argillose Deformazioni infinitesime Caratteri dei depositi naturali Equazioni di congruenza Aspetti generali e terminologia Interpretazione geometrica delle Depositi glaciali 11 deformazioni infinitesime Depositi alluvionali Problemi di deformazione piana Depositi lacustri e palustri Analisi della tensione Depositi di transizione: ambienti Il tetraedro di Cauchy 64 di delta, d'estuario e di lagune Tensioni principali e invarianti 66 costiere Decomposizione del ten sore degli sforzi Depositi eolici Problemi piani di tensione Depositi marini Cerchi di Mohr Depositi piroclastici l teoremi di Gauss e di Reynolds Relazioni tra le fasi Teorema della divergenza o teorema di Gauss Descrizione e classificazione Teorema del trasporto o teorema di Reynolds 73 dei terreni Principio di conservazione della massa Elementi per una descrizione 2.17 Bilancio della quantità di moto 75 dei terreni Bilancio del momento della quantità Parametri utilizzati per classifica re di moto 76 i terreni Introduzione ai legami costitutivi limiti di Atterberg e carta 2.20 Elasticità 77 di plasticità Mezzo trasversalmente isotropo Sistemi di classificazione Coordinate cilindriche 82 Principali riferimenti bibliografici Plasticità 88

3 VI ~ 9ìS 68 CS OS Le assunzioni fondamentali della teo ria della plasticità Struttura del modello elasto-plasrico incrudente Flusso plastico associato Visco-elasticità Modello di Maxwell Modello di Kelvin Modello di Burgers Vincoli interni: un'anticipazione del principio degli sforzi efficaci 97 Principali riferimenti bibliografici 100 CAPITOLO 3 Il modello di continui sovrapposti e il principio degli sforzi efficaci 3.1 Il principio degli sforzi efficaci Condizioni di stato iniziali: le tensioni geostatiche Capillarità Moto dell'acqua in un mezzo poroso: la legge di Darcy Condizioni di equilibrio in presenza di forze di filtrazione Condizioni idrauliche durante un percorso di sollecitazione e configurazioni estreme: condizioni drenate e condizioni non drenate Percorsi di sollecitazione Condizioni assialsimmetriche Condizioni di deformazione piana Esempi applicativi Variazioni delle pressioni interstiziali indotte da sollecitazioni in condizioni non drenate Sul significato del termine «deviatore» 125 Principali riferimenti bibliografici 126 CAPITOL0 4 Storia tensionale e compressibilità 4.1 Storia tensionale: compressione per sedimentazione Alcune precisazioni lessicali Compressione per sedimentazione Sovraconsolidazione dovuta a erosione e concetto di tensione di snervamento Sovraconsolidazione prodotta da oscillazioni di falda Simulazione della compress ione monodimensionale: la prova edometrica Determinazione sperimentale della tensione di sovraconsolidazione Storia tensionale di un deposito: due esempi di particolare interesse Parametri di compressibilità Cedimento in condizioni monodimensionali Compressione secondaria Altri eventi post-deposizionali: leaching, scambio di cationi, cementazione Importanza della sequenza degli eventi Importanza della qualità del campione e delle modalità esecutive 155 Principali riferimenti bibliografici 158 CAPITOLO 5 Comportamento meccanico delle terre e Teoria dello Stato Critico 5.1 Note introduttive sulla resistenza al taglio e sul criterio di rottura di Coulomb Condizioni drenate e non drenate: velocità relativa di applicazione del carico Requisiti fondamentali delle apparecchiature di laboratorio Apparecchio di taglio diretto Apparecchio triassiale Comportamento meccanico delle sabbie: dilatanza, resistenza di picco, stato critico l 'ipotesi di Taylor sul meccanismo di dissipazione Stato corrente e stato critico: un primo sguardo alla t eoria dello stato critico Comportamento meccanico delle argille tenere: percorsi di carico drenati e non drenati e unicità del luogo dei punti a rottura Prove drenate Prove non drenate Uso del modello di stato critico per predire le condizioni di rottura 184

4 () 978 8~-:..~ ~ VII 5.8 Superficie di stato Comportamento meccanico de lle arg ille sovraconsolidate Aspetti peculiari delle argille consistenti Resistenza di picco Comportamento nel ramo post-picco Resistenza residua Criterio di normalizzazione di Hvorslev Resistenza al taglio non drenata Un artificio per le analisi di stabilità a breve termine Dipendenza della resistenza non drenata dalle condizioni di stato Dipendenza della resistenza non drenata dai percorsi di carico Rigidezza livelli deformativi nella fase di esercizio delle opere e misure locali della rigidezza Prova di colonna risonante Il modello Cam Clay Superficie di snervamento Legge di incrudimento Calcolo delle deformazioni plastiche Comportamento in fase elastica Ulteriori annotazioni sull'esecuzione delle prove sperimentali Procedure di riconsolidazione dei campioni di laboratorio Cella triassiale di tipo idraulico Anisotropia 219 Principali riferimenti bibliografici 221 CAPITOLO ~ Moti di filtrazione 6.1 Qualche richiamo di meccanica dei fluidi la legge di Darcy: ulteriori approfondimenti Determinazione sperimentale del coefficiente di conducibilità idraulica Prove a carico costante Prove a carico variabile Meccanismi di collasso di tipo idraulico Requisiti di progetto dei filtri rovesci Modello matematico dei moti di filtrazione Modello di Biot (1941) Moti di filtrazione in regime st azionario Condizioni al contorno Due solutioni di interesse applicativo Soluzione numerica dell'equazione di l aplace Filtrazione in mezzi anisotropi e eterogenei Mezzi anisotropi Filtrazione in mezzi eterogenei Moti a superficie libera Scavi sotto falda Generalità Filtrazione stazionaria in un acquifero confinato Filtrazione stazionaria in un acquifero non confi nato Teoria della consolidazione monodimensionale Determinazione sperimentale del coefficiente di consolidazione Soluzione dell'equazione della consolidazione Dreni verticali Consolidazione in condizioni tridimensionali Teoria di Biot Teoria disacmppiata 273 Principali riferimenti bibliografici 276 CAPITOLO ~ Indagini in sito 7.1 Programma delle indagini Tecniche esplorative dirette: trincee e sondaggi Trincee esplorative Sondaggi Sondaggi eseguiti con elica Sondaggi a percussione Sondaggi a rotazione Stabilizzazione del foro Presentazione dei risultati dei sondaggi Tecniche di campionamento Caratteristiche dei campionatori la misura delle pressioni interstiziali in sito Alcune definizioni La misura delle pressioni interstiziali in terreni saturi La misura delle pressioni interstiziali in terreni non saturi 292

5 VIli Tempo di risposta di un piezometro Le prove in sito Prova penetrome trica dinamica (SPT) Prove penetro metriche statiche (CPT e CPTU) Dilatometro di M archetti Prove scissometriche Prove pressiometriche Prove di carico su piastra Prove sismiche Profilo stratigrafico Stato tensionale Prove pressiometriche Dilatometro di Marchetti Resistenza al taglio non drenata Prove scissometriche 311 7:8.2 Resistenza non drenata da prove CPT Prove pressiometriche Prove dilatometriche Resistenza al taglio delle sabbie Stima della densità relativa da prove SPT Stima della densità relativa da prove CPT Rigidezza Prove dilatometriche Prove di carico su piastra Prove pressiometriche Metodi sismici Prove Cross-hole e Down-hole Prove SASW Correlazioni empiriche Elementi di teoria della propagazione ondosa Propagazione ondosa in un mezzo isotropo Propagazione ondosa in un mezzo anisotropo l'impiego della poroelasticità per la determinazione della porosità Prove di permeabilità Prove in foro di sondaggio Prove di pompaggio Interpretazione delle prove di pompaggio in un acquifero confinato Interpretazione delle prove di pompaggio in un acquifero non confinato Prove di permeabilità eseguite mediante piezometri Prove eseguite con attrezzature autoperforanti Prove di dissipazione eseguite con il piezocono 349 Principali riferimenti bibliografici 351 CAPITOLO 8 L'interpretazione del collasso e le verifiche di sicurezza Parte prima Teoremi dell'analisi limite e criteri di snervamento 8.1 l teoremi dell'analisi limite Teoremi limite per materiali con criterio di fl usso associato Meccanismi di collasso Calcolo della potenza dissipata Teoremi limite per materiali con legge di flusso non associata Criteri di snervamento Piano deviatorico e piano n Criteri di snervamento 361 Parte seconda la spinta delle terre 8.3 Stati di equilibrio limite di Rankine Sforzi coniugati in un pendio indefinito Il metodo dell'equilibrio limite di Coulomb Spinta attiva Resistenza passiva Il metodo di Co~lomb e il teorema cinematico della plasticità Discontinuità statiche e calcolo della resistenza passiva Calcolo della resistenza passiva Soluzione statica per la spinta attiva Soluzione statica relativa al caso di piano campagna inclinato Cenni al metodo delle caratteristiche 378 Parte terza le strutture di sostegno 8.6 Tipologie delle opere di sostegno e calcolo pratico delle spinte Il calcolo pratico delle spinte Presenza della coesione e fessure di trazione Analisi in condizioni non drenate Influenza degli spostamenti dell'opera sull'entità e distribuzione delle spinte Spinta dovuta ai sovraccarichi Spinta dovuta alla compattazione del terrapieno 387

6 J:> 978 8S-08-CS991-8 IX Sistemi di drenaggio Introduzione alle verifiche di stabilità: la misura della sicurezza Le verifiche di sicurezza dei muri di sostegno Verifica allo scorrimento sul piano di posa Verifica al ribaltamento Verifica di capacità portante Verifica di stabilità globale del complesso pendio-opera di sostegno Scelta dei parametri di resistenza al taglio Le verifiche di sicurezza delle paratie Scavi puntellati Spinta delle terre in presenza di azioni sismiche Valutazione della spinta attiva Resistenza passiva in presenza di_ azioni sismiche 409 Parte quarta Le fondazioni dirette 8.12 Capacità portante delle fondazioni dirette Le strutture di fondazione Il carico limite delle fondazioni dirette La determinazione del carico limite attraverso i teoremi della plasticità Carico limite in condizioni non drenate Applicazione del teorema cinematico Applicazione del teorema statico Scelta dei parametri di resistenza al taglio nelle analisi non drenate: influenza dell'eterogeneità e dei percorsi di carico Influenza dell'eterogeneità meccanica Influenza dei percorsi di carico Carico limite in condizioni drenate Influenza del sovraccarico: soluzione statica lnfluénza del sovraccarico: approccio cinematico Il contributo della coesione Infl uenza del peso proprio Presenza della falda Margini di sicurezza e scelta dei parametri di resistenza al taglio Carico limite delle fondazioni dirette: analisi di routine Carico limite in condizioni drenate Analisi di routine in condizioni non drenate 436 Parte quinta Pendii naturali e fronti di scavo 8.18 Pendii naturali e fronti di scavo: inquadramento del problema Alcune definizioni Carattere multidisciplinare dello studio Metodi dell'equilibrio limite globale Pendio indefinito Metodo dei conci Metodo semplificato di Bishop IVletodo semplificato di Janbu Scelta dei parametri di resistenza al taglio 447 Principali riferimenti bibliografici 453 CAPITOLO 9 Le strutture in esercizio: cedimenti e danni strutturali. La crisi per perdita di rigidezza: l'instabilità 9.1 Descrizione dei movimenti del terreno e delle fondazioni Evoluzione dei cedimenti nel tempo Terminologia usata per descrivere i movimenti di una struttura Note introduttive al calcolo dei cedimenti L'impiego della teoria dell'elasticità Calcolo dei cedimenti: significato e limiti dell'approccio elastico Il problema di Boussinesq Soluzioni elastiche relative a carichi ripartiti su superfici di dimensioni finite Carico uniformemente ripartito su un'area circolare Carico uniformemente ripartito su un'area rettangolare Carico nastriforme Carico nastriforme trapezoidale Compendio delle soluzioni elastiche Strato di spessore finito Fondazione rigi da IVlezzo stratificato Cedimenti delle fondazioni su argilla Calcolo del cedimento immediato Calcolo del ced ime~to di consolidazione 477

7 x Il:>? ) Affidabilita del metodo edometrico Calcolo del cedimento secondario Cedimenti delle fondazioni su terreni sabbiosi Metodo di Burla n d e Burbidge Metodo di Schmertmann Influenza della non linearità Danni strutturali e valori di soglia dei cedimenti Cedimenti ammissibili Previsione dei cedimenti differenziali O Cedimenti indotti da scavi a cielo aperto e da gallerie superficiali Scavi a cielo aperto Cedimenti prodotti da gallerie superficiali Stabilità del l'equilibrio delle torri Il pendolo rovescio lo studio in regime elasto-plastico: teoria del doppio modulo di von Kàrmàn e carico critico di Shanley Modello del macroelemento 507 Principali riferimenti bibliografici 510 Bibliografia generale 511 Indice analitico