Geotecnica - Università degli Studi di Trento

john atkinson
geotecnica
meccanica delle terre e fondazioni
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Indice
Presentazione dell'edizione ita liana
Prefazione
Nota s ulle unità di misura
Glossario dei simboli
L 'alfa beto greco
XIII
XVII
XIX
xx
XXIV
l
Introduzione all'ingegn e ria geotecnica
l. l
l.
Che cos'è l'ingegn eria geotecnica?
Ruolo dell'ingegneria
Settori della meccanica
Relazioni cost it utive
P eculiarità del comportamento dei terreni
O pere geotecniche
Coefficienti di sicurezza
Sommario
12
2
Richiami di meccanica
15
2.1
2.2
2.3
15
16
2.8
2.9
Int roduzione
T ensioni e deformazioni
Deformazione piana e simmetria assiale
Meccanica del corpo rigido
Analisi degli stati di tensione
Analisi degli stati di deformazione
Angolo d"attrito mobilitato e dilatanza
Superfici di scorrimen to
Sommario
20
21
23
25
26
3
Richiami sul comportamento m eccanico dei materiali
29
3. 1
Legame tensioni-d eformazioni, rigidezza e resistenza
29
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2.4
2.5
2.6
2. 7
l
l
3
-l
6
9
lO
17
l
VI
•
-----
3.2
3.3
3.-!
3.5
3.6
3.7
3.
3.9
Scelta dci parametri di tC'nsion<' c deformazione
Relazioni costitutiYc
Resistenza
Elasticità
Pia, ticità perfetta
Comportamento combinato C'lasto-plastico
Effetti ckl tempo <' della ,·clocità di deformazione
Sommario
31
3-l
:r)
:3
39
-!2
4
La struttura d ella T erra
51
4.1
4.2
-1.3
4.4
-!.5
-!.6
4.7
Introd uzionc
La crosta terrestre
Processi geologici
Stratigrafia ed età dei terreni e delle rocce
Ambiente di deposizione
EYenti geologici recenti
Importanza della geologia nell"ingegneria
geotecnica
51
51
53
54
56
5
5
Classificazione d ei t erreni
63
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Identificazione e classificazione
Identificazione dC'i terr('ni
Forma e dimensioni delle particelle, curva granulometrica
Proprietà dei terreni a grana fina
Volume specifico, con tenuto d'acqua e peso
dell'unità di volume
Limit i di consistenza =- A tvr- G. '" •
Stato d i addensamento e consistèi'iza
Origine dei terreni
Semplici esercizi pratici
Sommario
63
64
67
69
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
..
l ud in•
Indie<'
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
7
/ .1
-
')
l· -
/ .3
..J.(j
-!7
60
70
72
73
75
76
76
Pressioni inte rstiziali, tensioni efficaci e condizioni
di drenaggio
83
Introduzione
T ensioni nel terreno
Regime di falda e pressioni interstiziali
T ensioni efficaci
Importanza delle tensioni efficaci
Influenza delle tensioni efficaci
Variazioni di volume e condizioni di drenaggio
Condizioni drenate. condizioni non drenate e consolidazione
Velocità di applicazione dei carichi e condizioni di drenaggio
Sommario
~ DAA....J,
3
83
4
86
88
89
91
92
95
9
./
7.-l
7.5
• 7.6
•
j
.l
l
t
7.7
7.
7.9
VII
Prove di laboratorio
103
copo della spcrimcntazion<' in laboratorio
Pro,·c standard specifidt<'
ProYc di classificazione
7.:3.1
Determinazione della curva grannlometrica
7. 3.2
.\Iisura del contenuto d"acqua c del pC'so specifico
7.3.3
Determinazione dci limiti d i t\.ttcrbc'rg
.\Iisura del coefficien te di pcnncabilità
7.-1.1
P ro,·a di permeabilità a carico costante
7.-1 .2
Prova di permeabilità a carico variabile
Principali caratteristiche delle prove meccaniche
Prova d i com12ressiQ1Je wouod iweosiaoalli'
103
10-l
105
105
106
106
e consoli..Q;;!ZÌ~n.!t.,,QW~il edomet-ri~a,)
lO
lO
109
110
112
113
115
7.10
7.11
Prove d i taglio
Prova d i compressione t riassiale convenzionale
Cella triassale idraulica - proYe a percorso
di sollecitazione controllato
Alcuni commenti sulle prove d i laboratorio
Sommario
117
120
121
8
Compr essione e rigonfiame nto
129
8.1
.2
.3
.4
Int roduzione
Compressione e rigonfiamento isotropi
Sovraconsolidazione
§.tati..éU.i.ni~.ta:~ e.,a de~tr~ d~lla lioea_
d i stat
·i ·c
ompressione e rigonfimento monodimensionali
Esperienze di laboratorio sulla compressione e il rigonfiamento
Sommario
129
135
137
142
142
9
R esistenza dei terreni allo stato critico
147
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
Comportamento dei terreni in prove di taglio
Resistenza di picco, ultima e residua
Stato critico
Resisten za non drenata
-ormalizzazioni
Resistenza dci terreni in condizioni di stato critico- prove
triassiali
Relazioni t ra la resistenza misurata in prove di taglio e in p rove
triassiali
Semplici esperimenti per la determinazione della resistenza dei
terreni in condizioni di stato critico
La coesione nei terreni
St ima dei parametri di stato critico da prove di identificazione
147
150
151
153
155
.5
.6
.7
9.7
9.
9.9
9.10
llQ
133
157
162
163
165
166
VIII
Indie<>
Indie(
9.11
Limiti di cou~i~l<'llZH. rc;-;i;-;tPnza 11011 drPnat a P ront<'lllliO
d "acqua
9.10.2 Comprcs~ibilith ((' o À)
9.10.3 P osiziom' ddla linre:1 el i stato critico (F ocr)
9.10.-l Angolo cl"attrito i1_1 eondizio~1i di :-;tato critico
9.10.5 RigonfianH'lll o c neomprcss10nc
Sommario
10
Condizioni di picco
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
Int roduzione
Criterio di resistenza di ~Iohr-Coulomb - prove di taglio
Criterio di resistenza di l\Ioh r-Coulomb - prove triassiali
Criterio di resistenza curvilineo
Condizioni di p icco e dilatanza
Variazione delle condizioni di picco al variare delle condizioni
iniziali
Sommario
l
191
11
Comportamento d e i terreni prima della rottura
197
11.1
11.2
11.3
11.-l
11.5
11.6
11.7
11.8
Introduzione
Stati a destra e a inistra della retta di stato critico
La superficie limite di stato
. .
Comportamento elastico e stati all"interno della superficie dJ stato
Carico non drenato sulla superficie di stato
R apporto delle tensioni e dilatanza
Comportamento rammollente e band e di taglio
Sommario
197
19
201
203
206
209
210
211
12
Modelli di comportamento meccanico Cam clay
217
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
217
21
21
220
222
223
12.
Introduzione
Caratteristiche essenziali dei modelli della famiglia di Cam day
La superficie di stato nel modello Cam day iniziale
Calcolo delle deformazioni plastiche
Snervamento e incrudimento
Equazioni costitutive del modello Cam clay
Applicazioni del modello Cam day ai p roblemi
di ingegneria geot ecnica
Sommario
224
224
13
Rigidezza
227
13.1
13.2
13.3
13.4
Introduzione
Rigidezza dei terreni c modello Cam day
Rigidezza dei terreni e livello di deformazione
D eformazioni del terreno in sito
227
227
229
232
9.10.1
13.7
13. l
~Ii~ura d<•lla rigid<>zza dPi tc•rrc•ni i11 prow
di laboratorio
Rigidrzza d<.'i t<>rreni a deformazioni piccole
<' molto picTol<>
1:3.6.1 R igidezza dci terreni a deformazion i molto p iccole
13.6.2 Rigidezza dei terreni a piccole deformazioni
.\Iod<.'Jlazione numerica
Sommario
14
Consolidazione
241
1·!.1
1-!.2
1-!.3
l..J:.-1
14.5
241
242
244
245
14.9
Processi d i consolidazion<>
T eoria della consolidazione unidimensionale
Isocrone
Proprietà delle isocrone
Soluzione della consolidazione unidim<.'nsionale con isocrone
paraboliche
14.5.1 Caso t= tn <te
1-!.5. 2 Caso t = tm > te
Alt re soluzioni per la consolidazione
unidimensionale
Determinazione di c;. da prove ed ometriche
14. 7.1 :\Ietodo della radice quadrata del tempo
14. 7.2 l\Ietodo del logaritmo decimale del tempo
Applicazione dei carichi con continuità
e consolidazione
Sommario
254
256
15
Invecc hiamento e struttura dei terreni naturali
261
15.1
15.2
261
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
15.
15.9
Caratteristiche dei terreni naturali
Formazione dei terreni naturali: consolidazione e rigonfi:::t mPnto
unidimensionali
Invecchiamento
Vibrazione e compattazione
Deformazioni viscose ( CP.EEP)
Cementazione
Alterazione
Variazioni di salinità
Sommario
262
265
265
266
267
269
269
270
16
Indagini
271
16.1
16.2
16.3
Introduzione
Obiettivi delle indagini geotecniche
Pianificazione e conduzione delle indagini
16.3.1 Studio a tavolino
16.3.2 Indagine preliminare
271
272
274
274
274
l()(j
161
16
169
169
170
IX
11.6
1-l.6
14.7
14.
233
2:36
236
237
23
239
2-!7
247
249
251
252
252
253
X
Ind i<·<'
Indie<:>
Indagine> di d<'t taglio
16.-l ScaYi di saggio. pc>rfornzioui <' ccunpiona nwnto
16.-l.l T rine<'<' d i sap,~io
16.-1.2 P erforazioni <' ..;oudaggio
16.-1.3 Campionauwnto
16.5 ProYe in sito
16.5 .1 Pron' pC'IH'tronwtrichc
16.5 .2 Prow di carico
16.6 Stati d el trrrm o nel sotto::;uolo
16.7 Rilievo della falda c> misure di pcrmeabilità
16.8 Presentazione dci risultati dell"indagine
16.8.1 Rendiconto delle operazioni
16.8.2 Relazione interpretativa
16.9 Sommario
16.3.3
:21::>
275
275
275
276
277
27
279
2 o
2 2
283
283
286
286
17
Moti di filtrazione stazionaria
289
17.1
Regime di falda
17 .1.1 Condizioni idrostatiche
17.1.2 Condizioni di flusso stazionario
17.1.3 Processi di consolidazione
Problemi pratici di filt razione
Moti di filt razione in regime stazionario
Flusso piano attraverso una rete idrodinamica elementare
Reti idrodinamiche per moti di filtrazione piana
Sifonamento ed erosione
Filtrazione in un mezzo poroso anisotropo
Sommario
2 9
2 9
2 9
Metodi dell'analisi limite
30 5
17.2
17.3
17.4
17.5
• 17.6
17.7
17.8
18
Int roduzione
I teoremi dell'analisi limite
Cinematismi di collasso compatibili
Lavoro degli sforzi interni e delle forze esterne
l .5 Applicazioni del t eorema dell"est remo superiore al calcolo
del carico limite di una fondazione superficiale
18 .6 Discontinuità statiche
18 .7 Applicazione del teorema dell'estremo inferiore al calcolo
del carico limite di una fondazione superficiale
18.8 Ventagli di discon tinuità cinematiche estatiche
18 .9 Applicazione dei teoremi dell'analisi limite al calcolo del carico
limite di una fondazione superficiale utilizzando ventagli
di discontinuità statiche e cinematiche
18 .9. 1 Estremo superiore ottenuto ut ilizzando un ventaglio
di discontinuità cinematiche
18 .1
18 .2
l .3
l .4
290
290
292
294
296
299
301
301
305
306
308
310
313
315
318
321
Estr<'mo infc>riorc> ottetwto ut ilizzando un ,·entaglio
d i discontinuità st a tichC'
l .l O Sommario
l .9.2
326
326
327
19
Equilibrio limite
337
19.1
19.2
337
19.6
19.7
19.
). letodo dell"equilibrio limite
Semplici soluzioni ottenute con il metodo
dcll"equilibrio limite
Analisi del cuneo di Coulomb
Superficie di scorrimento circolare in condizioni non drenate
Superficie di scorrimento circolare in condizioni drenate - metodo
dei conci
19.5.1 J\Ietodo svedese
19.5.2 Il metodo di Bishop
Altre applicazioni del metodo dell"equilibrio limite
Considerazioni concl usiYe
Sommario
20
Stabilità d ei p e ndii
3 59
19.3
19.-1
19.5
33
3-lO
345
346
34
3-19
350
351
352
Introduzione
Tipi di frane
Modifiche dello stato tensionale nei pendii
Influenza della falda sulla stabilità dei pendii
Scelta dei parametri di resistenza e del coefficiente di sicurezza
Stabilità di un pendio indefini to
20.6 .1 Condizioni non drenate
20.6.2 Condizioni drenate in assenza di filtrazione
(pendio asciutto)
20.6.3 Condizioni drenate - Flusso stazionario
20 .7 Stabilità. di 1m fronte di scavo verticale
Abachi di stabilità
20.
20 .. l .. umero di stabilità in condizioni non drenate
20 .. 2
Tumero di stabilità in condizioni drenate
20.9 Comportamento di scavi di piccole dimensioni
20.10 Sommario
359
360
361
364
366
369
369
21
Spinta d elle terre e stabilità d elle struttu re di sostegno
385
21.1
21.2
21.3
Introduzione
T ipi di strutture di sost egno
Meccanismi di collasso d elle strutture
di sost egno
Variazioni di stato tensionale nel t erreno
adiacente a una struttura di sostegno
Influenza dell'acqua sulla stabilità delle opere di sostegno
Calcolo della spinta del terreno - condizioni drenate
3 5
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
21.4
325
XI
21.5
21.6
372
374
376
378
379
379
3 o
3 2
3 6
387
38
392
393
-
-
~
...
XII
Iudic<'
Calcolo della ~pinta d<'l tPrr<'no - - condizioni non dr<'nat<'
globale
21. .l P arati<' ancorate
21. ' .2 Parati<' a sbalzo
21. .3 .:duri di ~Obl<'gno a gra,·ità
21.9 Scelta dei parametri di n'si~tenza e del coefficien te di ~ic·un•zza
21.10 Sommario
21.7
2l.c
Stabilit~t
:3$H
:396
:397
:39c'
399
-lO O
-101
22
Carico limite e cediment i delle fondazioni superficiali
4 07
22.1
22.2
22 .3
22.4
407
409
22.6
22.7
22.8
22.9
Tipi di fondazioni
Comportamento delle fondazioni
Variazione dello stato tcnsionale in prossimità di una fondazione
Carico limite delle fondazion i superficiali
22.-l. l Carico limite in condizioni non dren ate
22.4.2 Carico limite in condizioni drenate
Scelta dei parametri di resistenza e del
coefficiente di sicurezza per le fondazioni
Fondazioni superficiali su sabbia
Fondazioni su suolo elastico
Cediment i delle fondazion i - caso unidimensionale
Sommario
423
23
Fondazio ni s u p ali
4 29
23 .1
23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
Tipi di fondazioni su pali
Resistenza alla punta del palo singolo
Resist enza laterale del p alo singolo
Prove di carico su pali e formule dina miche
Carico limite di pali in gruppo
Sommario
24
Mode lli g e otecnici in centrifuga
439
24.1
24.2
24.7
I modelli fisici in ingegneria
Criteri di similitudine e analisi dimensionale
Scala dei modelli in geotecnica
Scopi della modellazione fisica
24.4 .1 Studio di meccanismi di collasso
24.4.2 Validazione di a nalisi numeriche
24.4.3 St udi parametrici
24 .4.4 Studio di casi par ticolari
Cent rifughe geotecniche
Sistemi di controllo e strumentazione
Sommario
439
440
440
444
-144
444
445
445
445
448
44
25
Conside razioni conclusive
451
22.5
24.3
24.4
24.5
24.6
clll
cl12
41 2
413
415
416
417
421
429
431
432
434
435
436