Finalità del corso

L’ingegneria
geotecnica studia il comportamento meccanico dei terreni e affronta, con gli
strumenti della meccanica, i numerosi problemi applicativi nei quali è
importante conoscere la risposta del terreno alle sollecitazioni prodotte dalle
opere o dalle modificazioni ambientali realizzate dall’uomo (fondazioni
superficiali e profonde, scavi superficiali e opere di sostegno, scavi profondi
e gallerie, infrastrutture viarie, terrazzamenti e interventi di stabilizzazione
dei pendii, fenomeni di subsidenza,…).

Il corso si pone
l’obiettivo di fornire gli elementi di base della meccanica dei terreni e
insieme quello di far conoscere le procedure che si utilizzano per affrontare e
risolvere alcuni dei più importanti problemi applicativi prima citati.

La conoscenza
degli aspetti problematici e delle procedure di analisi consentirà
all’ingegnere Edile-Architetto di progettare, realizzare e conservare opere,
strutture e infrastrutture tenendo nel dovuto conto i problemi geotecnici ed
insieme gli consentirà di interagire, con semplicità e competenza, con gli
specialisti del settore.

Rapporti con altri insegnamenti

Per seguire con
profitto le lezioni è indispensabile aver acquisito gli strumenti di base della
meccanica del continuo forniti nel corso di Scienza delle Costruzioni. Il corso
interagisce con il corso di Tecnica delle Costruzioni nell’esame di tutti i
problemi che implicano l’interazione tra strutture e terreno: così come, nelle
analisi semplificate, l’analisi strutturale svolta nel corso di Tecnica delle
Costruzioni, fornisce le azioni che devono essere applicate al terreno per
conoscerne la risposta, così l’analisi della risposta del terreno alle azioni
esterne svolta nel corso di Fondamenti di geotecnica, fornisce spostamenti e
vincoli che le fondazioni impongono alle strutture in elevazione.

Il corso si
propone anche di fornire contributi integrativi ai corsi di composizione
architettonica e a quelli di progettazione territoriale, con gli studi
tipologici di scavi superficiali e fondazioni, con l’analisi dei problemi dei
centri storici in territori instabili, con l’esame delle condizioni di
stabilità dei pendii e con quello delle infrastrutture che attraversano aree
interessate da movimenti franosi, con la presentazione dei problemi di
subsidenza di grandi aree urbanizzate.

Brevi cenni dello sviluppo della disciplina

Primi elementi
di geotecnica sono espressi già nell’antichità: nei trattati di Vitruvio si
trovano alcune indicazioni sulle tipologie di fondazione e sulle risposte di
alcuni terreni. La geotecnica nasce allora con una impostazione sostanzialmente
empirica: le esperienze positive e le disavventure registrate nelle fondazioni
degli edifici vengono scritte e tramandate perché se ne possa tener conto nella
successiva progettazione.

Un grosso
impulso agli studi di geotecnica, come a quelli di molte altre discipline, si
ha molti anni dopo durante l’Illuminismo e poi nell’ottocento quando si provò
ad affrontare con la modellazione matematica una serie di problemi applicativi.
Gli studi di Coulomb e Rankine sulla spinta che i terreni esercitano sulle
opere di sostegno, gli studi di D’Arcy sulla filtrazione, quelli di Boussinesq
per l’analisi dello stato tensionale in un semispazio elastico forniscono
importanti contributi ancor oggi utilizzati.

La nascita della
geotecnica moderna è però ancora successiva e può essere datata al 1936 quando
Karl Terzaghi formulò una importante legge sperimentale che, riconoscendo la
natura multifase del terreno, attribuì alla tensioni residenti nella fase
solida un ruolo fondamentale nell’analisi del comportamento del terreno (“Principio
delle tensioni efficaci”). Con la formulazione di questa legge, Terzaghi
riuscì ad inquadrare tutti i contributi forniti precedentemente in un sistema
coerente e razionale che costituisce l’ossatura di base della geotecnica dei
nostri giorni.

In analogia con
altre discipline che studiano le costruzioni, nella geotecnica  sono presenti diversi filoni: la geotecnica
empirica e sperimentale, quella teorica, quella degli aspetti realizzativi e
tecnologici.

A differenza
delle altre discipline, le caratteristiche meccaniche dei materiali non possono
essere fissate dal progettista, che al contrario deve avere gli strumenti per
valutarle nel terreno interessato dal suo intervento. Aspetto peculiare
dell’ingegneria geotecnica è  dunque la
particolare importanza della geotecnica sperimentale, quella che studia nelle
prove in sito e in laboratorio il comportamento dei terreni.

Programma del corso

Di seguito sono presentati i titoli
degli argomenti trattati nel corso. Il primo capitolo è dedicato alla
descrizione della composizione dei terreni, alla definizione delle grandezze
fisiche necessarie per caratterizzarlo, alle descrizione delle più comuni
classificazioni. Nel  secondo capitolo
vengono definiti gli strumenti della meccanica che possono essere utilizzati
per lo studio del comportamento dei terreni. Il terzo e il nono capitolo sono
dedicati alla geotecnica sperimentale, alla descrizione delle prove in sito e
in laboratorio che consentono di definire le caratteristiche meccaniche dei
terreni, alla descrizione dei più comuni comportamenti osservati. Dal quarto
all’ottavo capitolo, vengono presentati gli elementi di base della soluzione di
semplici problemi applicativi riguardanti la filtrazione e la consolidazione,
gli scavi superficiali e le opere di sostegno, le fondazioni superficiali e
profonde, l’analisi della stabilità dei pendii.

1. NATURA E
COSTITUZIONE DEI TERRENI

Origine dei terreni, ambiente di
deposizione, mineralogia

            Costituzione
e struttura dei terreni

            Proprietà
intrinseche e proprietà di stato 

            Sistemi di
classificazione: analisi granulometrica, limiti di Atterberg

2. MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DEL
TERRENO

2.1 Elementi di Meccanica del Continuo per mezzi plurifase

Stati di tensione e deformazione
in un continuo (richiami)

            Tensioni
totali - Pressioni neutre

            Il
principio delle tensioni efficaci

            Condizioni
drenate e non drenate

            Rappresentazione
degli stati di tensione e deformazione mediante cerchi di Mohr (richiami)

Rappresentazione dell’evoluzione
degli stati di tensione e deformazione

Condizioni di equilibrio di un
continuo tridimensionale

Calcolo delle tensioni in
condizioni litostatiche - capillarità

2.2 Modelli
costitutivi

            Richiami al
modello di mezzo elastico

            Applicazioni del modello elastico a
un continuo plurifase : il terreno nel suo complesso come mezzo elastico,
lo scheletro solido come mezzo elastico

            Il modello di mezzo plastico
perfetto (criteri di rottura)

            Applicazioni del modello plastico
perfetto a un continuo plurifase : il terreno nel suo complesso come mezzo
plastico, lo scheletro solido come mezzo plastico

3. DETERMINAZIONE
IN LABORATORIO DEI PARAMETRI dei Modelli

Le attrezzature di laboratorio

Il campionamento

Compressibilità dei terreni a
grana grossa e a grana fina

            Compressibilità
dei depositi naturali

            Deformabilità
e resistenza a rottura dei terreni a grana grossa e a grana fina

4.  PERMEABILITà, MOTI DI FILTRAZIONE e consolidazione

Richiami di idraulica: Carico
idraulico e quota piezometrica, condizioni idrostatiche e idrodinamiche

Permeabilità, legge di d’Arcy,
moti di filtrazione in regime stazionario e transitorio

Teoria della consolidazione
monodimensionale

5. OPERE DI
SOSTEGNO

Condizioni di equilibrio limite
- Teoria delle spinte (Rankine e Coulomb)

Muri di sostegno

Paratie a sbalzo

6. FONDAZIONI
SUPERFICIALI

Tipologie e aspetti tecnologici

Analisi delle condizioni di
stabilità

Tensioni indotte dai carichi
superficiali

Calcolo dei cedimenti

Interazione terreno-struttura
(cenni)

Danno indotto dai cedimenti
differenziali

7. FONDAZIONI
PROFONDE

Tipologie e aspetti tecnologici

Analisi delle condizioni di
stabilità

8. CENNI ALL’
ANALISI DI STABILITà DEI PENDII

Metodi dell’equilibrio limite :
stabilità di un pendio indefinito

            Criteri di
intervento di stabilizzazione

9.         INDAGINI IN SITO

Sondaggi e prelievo di campioni

            Prove in
sito : prove penetrometriche, prove scissometriche

            Misure in
sito : spostamenti, pressioni interstiziali