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 propone di fornire elementi di base della geotecnica che permettano di discutere alcuni temi applicativi riguardanti le grandi aree.

Lo studente apprenderà i principali elementi di base di meccanica dei terreni: la classificazione dei terreni, il principio delle tensioni efficaci, i criteri per studiare comportamento in esercizio e a rottura, le condizioni limite drenate e non drenate.

Con la parte dedicata ai temi applicativi gli studenti acquisiranno conoscenza dei più importanti rischi di natura idro-geologica, dei problemi legati alla stabilità dei pendii, e al miglioramento delle condizioni di stabilità; acquisiranno inoltre conoscenze dei moti di filtrazione, della consolidazione e della subsidenza delle grandi aree.

La conoscenza degli aspetti problematici e delle procedure di analisi consentirà all’Architetto di condurre una progettazione consapevole del paesaggio 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

Il corso si propone di fornire contributi integrativi ai corsi di composizione architettonica e a quelli di progettazione territoriale, 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 è dedicato 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 al sesto 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, 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 di equilibrio di un continuo tridimensionale

Calcolo delle tensioni in condizioni litostatiche - capillarità

Condizioni drenate e non drenate

2.2 MODELLI COSTITUTIVI

Il 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

Sondaggi e prelievo di campioni

Prove in sito : prove penetrometriche, prove scissometriche

Le attrezzature di laboratorio

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

Misure in sito : spostamenti, pressioni interstiziali

4. MOTI DI FILTRAZIONE, CONSOLIDAZIONE E SUBSIDENZA

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. ANALISI DI STABILITÀ DEI PENDII

Metodi dell’equilibrio limite : stabilità di un pendio indefinito

Criteri di intervento di stabilizzazione

6. OPERE DI SOSTEGNO

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

Muri di sostegno

Paratie a sbalzo

Testi di riferimento:

Geotecnica - R.Lancellotta - Zanichelli