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    Luca COMEGNA

    Insegnamento di FONDAMENTI DI GEOTECNICA

    Corso di laurea in INGEGNERIA CIVILE - EDILE - AMBIENTALE

    SSD: ICAR/07

    CFU: 12,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 96,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    Italiano

    Contenuti

    Il corso di Fondamenti di Geotecnica rappresenta il primo momento in cui lo studente si trova a trattare problemi di Ingegneria che riguardano un mezzo globalmente definibile come continuo e costituito da fasi (o materiali) molto differenti: un sistema di particelle ed il fluido (sia esso acqua o gas) presente nei pori.
    Verranno inizialmente esaminati problemi semplici trattando esclusivamente il materiale e le specificità che lo caratterizzano, ma non le opere che con esso dovranno interagire. Successivamente, saranno forniti gli elementi essenziali per la progettazione e verifica di fondazioni superficiali.

    Testi di riferimento

    L. Picarelli, Appunti di Geotecnica con 100 esercizi risolti, Edizioni Efesto.

    C. Viggiani, Fondazioni, Hevelius.

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento ha lo scopo di mettere lo studente in condizione di applicare ai sistemi particellari asciutti o saturi d’acqua le nozioni della meccanica del continuo e della meccanica dei fluidi acquisite in altri corsi di base, stimolando le sue capacità critiche in relazione alle problematiche geotecniche attese.
    Al termine del corso, lo studente avrà gli elementi per:
    - comprendere ed interpretare il comportamento dei sistemi particellari tenendo conto della interazione fra le fasi costituenti;
    - costruire il “modello geotecnico di sottosuolo”;
    - progettare semplici fondazioni superficiali alla luce della normativa tecnica vigente.

    Prerequisiti

    Per affrontare con profitto le tematiche del corso, lo studente dovrà possedere una buona conoscenza di tutte le discipline fisico-matematiche propedeutiche oltre che degli elementi di base della Meccanica dei Fluidi e del Continuo.

    Metodologie didattiche

    Il corso ha una struttura tradizionale, con lezioni frontali ed esercitazioni assistite.

    Metodi di valutazione

    La preparazione verrà valutata mediante una prova scritta e orale di accertamento finale.

    Programma del corso

    OGGETTO DEL CORSO
    Inquadramento. Problematiche geotecniche nel campo dell’Ingegneria Civile e dell’Ambiente ed il Territorio.

    I TERRENI COME SISTEMI PARTICELLARI
    Granulometria, forma e dimensione delle particelle. Rapporti volumetrici e ponderali nei terreni. Plasticità ed attività dei terreni a grana fina; densità relativa dei terreni a grana grossa.

    GLI STATI TENSIONALI
    Tensioni totali, neutre ed efficaci. Il principio delle tensioni efficaci e sua capacità di interpretare il comportamento dei terreni. Capillarità. Stato tensionale litostatico nel caso del mezzo asciutto e del mezzo saturo con acqua in quiete.

    FILTRAZIONE E PERMEABILITÀ DEI TERRENI
    Definizioni. Misura della conducibilità idraulica mediante prove a carico costante ed a carico variabile. Fattori influenti sulla conducibilità idraulica.
    Equazione di Laplace. Soluzione nel caso di moto unidirezionale. Problemi bidimensionali. Influenza della filtrazione sullo stato tensionale litostatico. Sifonamento.

    CONSOLIDAZIONE E COMPRESSIBILITÀ DEI TERRENI
    Prova di compressione edometrica. Consolidazione monodimensionale, modello fisico di Terzaghi ed equazione risolvente. Grado di consolidazione e calcolo del tempo di consolidazione. Relazioni tra tensioni efficaci, deformazioni volumetriche e tempo: consolidazione primaria e tempo di consolidazione. Modulo edometrico, indici di compressibilità e rigonfiamento, coefficiente di consolidazione e fattori influenti. Preconsolidazione.

    RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI
    Prova di taglio diretto. Relazioni tra spostamenti e resistenza al taglio. Criterio di resistenza di Mohr: coesione ed angolo di attrito. Loro determinazione nelle prove di taglio diretto. Fattori influenti. Prove di compressione triassiale a drenaggio libero (CID). Relazioni tra tensioni e deformazioni. Cerchio di Mohr, giaciture principali e di crisi. Impiego del cerchio di Mohr per la definizione della curva intrinseca. Coefficienti di spinta attiva e passiva. Deformabilità e sua determinazione. Prove di compressione triassiale a drenaggio impedito (CIU). Relazioni tra tensioni e deformazioni. Coefficienti di Skempton.

    CAMPIONAMENTO INDISTURBATO E MISURA DEI PARAMETRI IDRAULICI E MECCANICI DEI TERRENI
    Effetti del campionamento: pressione neutra residua. Determinazione del grado di preconsolidazione. Misura delle proprietà del terreno mediante sperimentazione su provini indisturbati. Influenza del grado di preconsolidazione. Resistenza non drenata (Prove UU). Fattori influenti.

    INDAGINI GEOTECNICHE
    Campionamento dei terreni. Articolazione, estensione e frequenza delle indagini. Prove e misure in sito (Perforazioni di sondaggio, SPT, CPT, CPTU, Piezometri). Interpretazione dei risultati e correlazioni con le principali caratteristiche dei terreni investigati.

    DISTRIBUZIONE DELLE TENSIONI NEL SOTTOSUOLO
    Il problema di Boussinesq. Estensioni della soluzione di Boussinesq.

    FONDAZIONI SUPERFICIALI
    Tipologie di fondazione: plinti, travi, pali di fondazione. Criteri generali di progettazione. Valutazione dei cedimenti in terreni campionabili: metodo edometrico, metodo di Skempton & Bjerrum. Valutazione dei cedimenti in terreni non campionabili: metodi di De Beer e Schmertmann; metodi di Terzaghi & Peck e Burland & Burbidge. Metodi empirici per la previsione delle distorsioni in fondazione. Formula trinomia per la valutazione della resistenza del sistema fondazione-terreno (carico limite). Normativa tecnica.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    In the Fundamental of Geotechnics class the students will deal for the first time with problems concerning a particulate system, which is globally considered as a continuum, and consists of extremely different materials: solid particles and a fluid (a liquid, a gas or both) filling the pores.
    The class will initially examine simple problems dealing with features and properties of such a particulate system. Then, the elements necessary to design shallow foundations will be provided.

    Textbook and course materials

    L. Picarelli, Appunti di Geotecnica con 100 esercizi risolti, Edizioni Efesto.

    C. Viggiani, Fondazioni, Hevelius.

    Course objectives

    Using the basic principles of Fluid and Soil Mechanics, students will be able to understand the behaviour of soils accounting for the interaction among the constituent phases. Students will be also stimulated to acquire suitable knowledge and develop interpretative and critical skills to face the geotechnical problems.

    At the end of the course, the students will have the necessary elements to:
    - understand and interpret the hydraulic and mechanical soil response;
    - define the “geotechnical model”;
    - design simple shallow foundations in the light of the current technical regulation.

    Prerequisites

    To face with success the discipline contents, the students should have a good knowledge of the contents of all preparatory classes in Mathematics and Physics.

    Teaching methods

    The structure of the class is a traditional one consisting in lectures and assisted exercises.

    Evaluation methods

    The student advancement will be checked through a final written and oral examination.

    Course Syllabus

    GENERAL CONTENTS
    Geotechnical problems in Civil and Environmental Engineering

    SOILS AS PARTICULATE SYSTEMS
    Shape and grain size of soil particles. Physical properties. Plasticity and activity of fine-grained soils; density of coarse-grained soils.

    STATE OF STRESS
    Pore pressure, total stresses and effective stress. The principle of effective stress and use of this for analysis of the soil behaviour. Capillarity. The geostatic state of stress: dry and saturated soils under hydrostatic conditions.
    Seepage and hydraulic soil conductivity. Definitions. Measurement of the hydraulic conductivity or reconstituted soils through constant and variable hydraulic head tests. Influencing factors.
    The Laplace equation. Seepage solutions for the 1D case. Influence of water seepage on the geostatic stress field. Quick conditions.

    CONSOLIDATION AND COMPRESSIBILITY
    The confined compression test. Solution for 1D consolidation problems. The degree of consolidation and the consolidation time. The relationships among effective stresses, volumetric strains and time: primary consolidation and consolidation time. The soil stiffness. Measurement of the main compressibility parameters (compressibility and swelling indexes, coefficient of consolidation, constrained modulus); influencing factors. Normally and overconsolidated soils. The overconsolidation ratio.

    SHEAR STRENGTH
    Direct shear test. Relationship between soil displacements and shear strength. The shear strength criterion. Soil cohesion and friction angle and measurement through direct shear tests. Influencing factors. Drained triaxial compression tests. Stress-strain relationships. Mohr’s circle. Shear stress envelope. Coefficients of active and passive earth pressure. Soil deformability. Measurement of the Young modulus. Undrained triaxial compression tests. Stress-strain relationships and excess pore pressure. Skempton-s coefficients. Shear strength. Undrained soil stiffness.

    SAMPLING AND MEASUREMENT OF THE HYDRAULIC AND MECHANICAL PARAMETERS OF NATURAL SOILS
    Effects of sampling: residual pore pressure. Determination of the overconsolidation ratio. Measurement of hydraulic conductivity, soil stiffness and shear strength through laboratory tests. Influence of the overconsolidation degree. Measurement of the undrained strength.

    GEOTECHNICAL INVESTIGATIONS
    Site investigations: borehole, piezometers, SPT, CPT, CPTU tests. Interpretation of engineering characteristics and properties of soils based on in situ tests

    STRESS DISTRIBUTION IN SOIL INDUCED BY LOADING
    The Boussinesq method and extended solutions.

    SHALLOW FOUNDATIONS
    Methods for settlement evaluation (oedometric, Skempton and Bjerrum, Schmertmann, Terzaghi and Peck, Burland and Burbidge). Rate of settlements. Criteria for defining admissible values for foundation movements. Bearing capacity methods. Technical regulation.

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