Corso di Laurea a ciclo Unico in Ingegneria Edile-Architettura

Geotecnica e Laboratorio

Prof. Ing. Marco Favaretti

e-mail: marco.favaretti@unipd.it

website: www.marcofavaretti.net

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INTRODUZIONE AL CORSO

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03/05/2016 Aula M Prova parziale n.1 (n.2 esercizi + n1. domanda teoria)

07/06/2016 Aula MProva parziale n.2 (n.2 esercizi + n1. domanda teoria)

Prova Generale n.1 (n.3 esercizi + n.2 domande teoria)

20/06/2016 Aula Catullo Prova Generale n.2 (n.3 esercizi + n.2 domande teoria)

08/07/2016 Aula CM Prova Generale n.3 (n.3 esercizi + n.2 domande teoria)

22/07/2016 Aula CM Prova Generale n.4 (n.3 esercizi + n.2 domande teoria)

23/09/2016 Aula CM Prova Generale n.5 (n.3 esercizi + n.2 domande teoria)

CALENDARIO PROVE DI ESAME

INTRODUZIONE AI PROBLEMI DELL’INGEGNERIA GEOTECNICA

PROPRIETA’ INDICI E CLASSIFICAZIONE DELLE TERRE. Definizioni di base. Relazioni tra fasi solida, liquida e gassosa. Tessitura e forma. Distribuzione granulometrica. Limiti di Atterberg. Sistemi di classificazione.

CARATTERISTICHE GEOLOGICHE DEI TERRENI. Composizione, formazione e tipo dei terreni. Minerali argillosi. Forze di superficie. Acqua adsorbita. Struttura. Attività.

COMPATTAZIONE DELLE TERRE. Compattazione delle terre a grana fine e grossa. Proprietà geotecniche delle terre compattate. Prove di laboratorio. Prove di controllo in situ.

L’ACQUA NEL TERRENO. Capillarità. Falde freatiche e artesiane. Zona vadosa. Fenomeni di ritiro e rigonfiamento. Tensioni totali, efficaci e neutre. Relazioni tra tensioni orizzontali e verticali.

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MOTI DI FILTRAZIONE DI ACQUA NEL TERRENO. Legge di Darcy. Misura del coefficiente di permeabilità con prove in situ e in laboratorio. Moti di filtrazione mono- e bi-dimensionali. Forza di filtrazione. Sifonamento. Liquefazione.

COMPRESSIBILITA’ DELLE TERRE. Storia tensionale. Tensione di preconsolidazione. Terreni normal-e sovra-consolidati. Prove di consolidazione monodimensionale. Componenti e calcolo del cedimento. Determinazione in situ dei parametri di compressibilità.

TEMPO DI CONSOLIDAZIONE. Il processo di consolidazione. Teoria della consolidazione monodimensionale di Terzaghi. Determinazione del coefficiente di consolidazione e di permeabilità. Compressione secondaria.

DISTRIBUZIONE DELLE TENSIONI E ANALISI DEL CEDIMENTO. Cedimento di una fondazione superficiale. Distribuzione delle tensioni nel sottosuolo. Cedimento immediato. Cedimento di consolidazione primaria e di compressione secondaria.

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CERCHIO DI MOHR, CRITERI DI ROTTURA, PROVE DI RESISTENZA. Stato di tensione in un punto. Relazioni tensioni-deformazioni e criteri di rottura. Il criterio di rottura di Mohr-Coulomb. Prove di laboratorio per la determinazione della resistenza al taglio delle terre.

RESISTENZA AL TAGLIO DELLE TERRE. Comportamento delle sabbie in condizioni drenate e delle argille in condizioni drenate e non drenate. Fattori che influenzano la resistenza al taglio delle sabbie e delle argille. Prove in situ. Coefficiente di spinta a riposo. Parametri della pressione dei pori. Resistenza residua.

FONDAZIONI SUPERFICIALI E PROFONDE. Capacità portante e cedimenti di fondazioni superficiali isolate, continue e a platea. Tipologie di palo. Capacità portante di pali caricati verticalmente.

OPERE DI SOSTEGNO. Teorie delle spinte laterali delle terre. Stabilità di muri di sostegno rigidi e flessibili. Scavi sbadacchiati.

CENNI SULLA STABILITA’ DEI PENDII.

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TESTO DI RIFERIMENTO

• Colombo P. & Colleselli F. (2004): “Elementi di Geotecnica”, Zanichelli Editore

TESTI CONSIGLIATI

• Tonni L. & Gottardi G. (2010): “Esercizi di Geotecnica”, Esculapio

• Holtz. R.D., Kovacs W.D. & Sheahan T.C. (2011): “An Introduction to Geotechnical Engineering”, Pearson.

• Budhu M. (2007): “Soil Mechanics and Foundations”, John Wiley & Sons, Inc..

TESTI DI CONSULTAZIONE PROFESSIONALE

• Rossini L., De Deo M.: “Pali di Fondazione”, DEI, Tipografia del Genio Civile

• Rabuffetti A.S.: “Manuale di progettazione geotecnica”, DEI, Tipografia del Genio Civile

• Rabuffetti A.S.: “Manuale di Geotecnica avanzata”, DEI, Tipografia del Genio Civile

• Rabuffetti A.S.: “Fondazioni superficiali”, DEI, Tipografia del Genio Civile

• Mancina M., Nori R, Iasiello P. “Progetti e calcolo di geotecnica in excel”, voll. 1 e 2, , DEI, Tipografia del Genio Civile

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Architetti e ingegneri

Sebbene le parti funzionali e quelle strutturali dell'architettura

svolgano solitamente ruoli separati, la struttura è sempre stata parte

dell'architettura.

Ciò è, prima di tutto, inevitabile: la struttura obbedisce alle leggi della

natura e non può soddisfare solo i desideri degli architetti; poi la

struttura, anche se necessaria, è spesso invisibile e non sembra

contribuire all'architettura che sostiene; per l'architetto la struttura è

come l'avvocato per l'accusato: un male necessario.

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La struttura inoltre è un costo; anche se non lo è veramente in

rapporto al resto dell'edificio, è pur sempre costosa.

Nella maggioranza dei casi, la struttura incide da 1/4 a 1/5 sui costi

complessivi, ma nel caso di un ponte o di un grande spazio coperto,

può crescere fino a diventare il costo principale.

La struttura è tra le principali fonti di discussione tra gli architetti e

gli ingegneri strutturisti.

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Architetti e ingegneri

Oggi, un bravo architetto deve possedere una conoscenza ampia e

generale: deve controllare la distribuzione degli spazi, conoscere

le tecniche di costruzione, gli impianti elettrici e meccanici, ma

deve anche possedere nozioni di finanza, di gestione immobiliare,

di psicologia e di sociologia.

Inoltre, l'architetto è un artista, è cioè in grado di esprimersi sul

piano estetico; deve conoscere tante specialità che spesso si dice

che non sa nulla di tutto.

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Architetti e ingegneri

L'ingegnere è un pragmatico, sia per educazione che per

formazione mentale. È un esperto in alcuni aspetti specifici

dell'ingegneria, ma solo in quegli aspetti.

Oggi non vi sono soltanto gli ingegneri strutturisti, vi sono anche

ingegneri strutturisti specializzati nell'uso del calcestruzzo, o nella

progettazione di cupole in calcestruzzo, o addirittura nella

progettazione di cupole in calcestruzzo di tipo particolare.

Non dovrebbe dunque sorprenderci che dell'ingegnere si dica

che sa tutto di niente! 11

Architetti e ingegneri

Non sorprende quindi che queste due personalità si scontrino;

deve considerarsi fortunato quel cliente il cui architetto capisce la

struttura e il cui ingegnere strutturista apprezza l'estetica

dell'architettura; alla fine è l'architetto il leader del gruppo di

progettazione, e saranno sue la responsabilità e la gloria del

progetto.

L'ingegnere strutturista ne è un supporto indispensabile; si dice

che uno dei principali motivi del suo lavoro è che può fare per un

solo dollaro quello che gli altri fanno per due.12

Architetti e ingegneri

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DISSESTO IDROGEOLOGICO

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Consiglio Nazionale delle Ricerche

Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica

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Consiglio Nazionale delle Ricerche

Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica

(Stava, 1985)

(Sarno, 1998)

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Il rischio geomorfologico si manifesta prevalentemente tramite eventi franosi e tramite l'erosione, causata da diversi fenomeni naturali, dei versanti. Questi fenomeni determinano dissesti di varia tipologia: frane di crollo dovute a particolari situazioni di fragilità strutturale e tettonica degli ammassi rocciosi su pendii acclivi, colate detritiche improvvise e veloci, deformazioni gravitativeprofonde di versante o colamenti lenti e continui nel tempo.

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Il rischio geomorfologico si manifesta prevalentemente tramite eventi franosi e tramite l'erosione, causata da diversi fenomeni naturali, dei versanti. Questi fenomeni determinano dissesti di varia tipologia: frane di crollo dovute a particolari situazioni di fragilità strutturale e tettonica degli ammassi rocciosi su pendii acclivi, colate detritiche improvvise e veloci, deformazioni gravitative profonde di versante o colamenti lenti e continui nel tempo.

Il rischio geologico nella Regione Friuli Venezia Giulia è molto elevato, a causa della concomitanza di condizioni geologiche, morfologiche, orografiche e climatiche in generale che rendono il territorio regionale frequentemente soggetto a fenomeni di dissesto quali frane ed esondazioni fluviali.

Il rischio idraulico, da intendersi come rischio di inondazione da parte di acqueprovenienti da corsi d’acqua naturali o artificiali, risulta essere, anche secondol’approccio dettato anche dalla normativa nazionale (L.267/98) in materia, ilprodotto di due fattori: la pericolosità (ovvero la probabilità di accadimento di unevento calamitoso di una certa entità) e il danno atteso (inteso come perdita divite umane o di beni economici pubblici e privati).

GEOLOGIAScienza della Terra che ha per oggetto lo studio della costituzione,struttura ed evoluzione della crosta terrestre, e dei meccanismi edelle cause che determinano tale evoluzione.

GEOMORFOLOGIASettore culturale della geografia fisica e della geologia che ha peroggetto lo studio del rilievo terrestre, delle sue forme emodificazioni, della sua evoluzione e delle cause che ledeterminano.

IDROGRAFIASettore culturale che si occupa della descrizione delle acque marinee continentali, rappresentandole con carte che indicano lalocalizzazione di corsi d’acqua, laghi, mari, la forma delle coste, ilrilievo dei fondi marini, la direzione delle correnti marine.

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IDROLOGIASettore culturale che ha per oggetto lo studio delle precipitazioni meteoriche che raggiungono la superficie terrestre, in parte ruscellano, in parte evapotraspirano o penetrano nel sottosuolo, infiltrandosi più o meno profondamente in esso (ciclo dell’acqua).

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IDROLOGIA

L’idrologia consente la determinazione razionale dei parametri idrologici (portata di piena, volume di deflusso, ecc.) essenziali per il dimensionamento delle opere idrauliche. Le elaborazioni idrologiche si suddividono in:• Deterministiche: descrivono attraverso relazioni logico-matema-

tiche, interpretanti i fenomeni fisici, gli effetti di eventi meteorici (reali ed ipotetici) sulle condizioni di deflusso dei corsi d’acqua.

• Statistiche: consentono di determinare la probabilità (rischio idraulico) che nel futuro possa verificarsi un evento più gravoso di quanto previsto in sede di progetto.

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IDROGEOLOGIASettore culturale che studia gli aspetti geologici dell’idrologia.Più specificamente il termine “idrogeologia” è riferito allo studiodelle acque sotterranee con particolare riguardo all’influenza chel’ambiente geologico ha sul loro accumulo e sulle modalità dicircolazione.

L’Idrogeologia si occupa dei seguenti temi:

• le acque sotterranee e le loro proprietà fisico-chimiche;• le caratteristiche dei terreni e delle rocce in rapporto alle acque

in condizioni statiche e dinamiche (porosità, grado di fratturazio-ne, permeabilità, modalità di flusso);

• le falde acquifere sotterranee (freatiche, artesiane, risalienti);• la temperatura e la geochimica delle acque sotterranee;• l’alimentazione delle falde acquifere;• le ricerche d’acqua e l’emungimento delle falde.

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IDROGEOLOGIA

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GEOLOGIA APPLICATA […. all’Ingegneria]Settore culturale avente per oggetto i rapporti tra realtà geologica ele attività pratiche dell’uomo che con essa interferiscono.

GEOTECNICADisciplina dell’ingegneria che studia su basi fisico-matematiche ilcomportamento dei mezzi naturali e/o artificiali, costituiti da terrenio rocce, quando siano soggetti ad azioni esterne ed a modifichedelle condizioni al contorno.La geotecnica comprende quindi quel complesso di discipline,metodologie e tecnologie necessarie per lo studio e la realizzazionedi opere che interessano formazioni naturali di rocce sciolte olapidee (fondazioni di edifici, scavi a cielo aperto ed in sotterraneo,opere di sostegno, interventi di stabilizzazione e/o difesa dalle frane,recupero del territorio) o di opere costituite esse stesse da talimateriali (rilevati, dighe, argini, fondazioni stradali).

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DISSESTO IDROGEOLOGICO

insieme dei processi morfologici che hanno un'azione fortemente distruttiva intermini di degradazione del suolo e quindi indirettamente nei confronti deimanufatti. Comprende tutti quei processi a partire dall'erosione superficiale esotto la superficie fino agli eventi più catastrofici quali frane e alluvioni. Il rischiototale relativo al dissesto idrogeologico può essere espresso dalla relazione:

Rt = (E) x (H) x (V)

Rt: Rischio totale, n° atteso di danni relativi ad un evento catastrofico in termini di vite umane, persone ferite, danni alle proprietà ed alle attività economiche;E: Elementi a rischio, popolazione, proprietà e attività economiche potenzialmen-te in pericolo con riferimento a un dato fenomeno catastrofico;H: Pericolosità naturale, probabilità che un dato evento possa verificarsi in una data area in un certo periodo;V: Vulnerabilità, grado di danno atteso nei confronti di uno o più elementi, espresso con scala da 0 (nessun danno) a 1 (distruzione totale).

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Le azioni da attuare in presenza di un dissesto idrogeologico sono:

Descrizione dello stato di natura, che consiste nella raccolta delle informazioni relative ad un dato fenomeno catastrofico potenziale, con riferimento anche alle informazioni storiche;

Valutazione dell'intensità, cioè la valutazione del grado di distruttività che il fenomeno in analisi può assumere;

Valutazione della pericolosità, che consiste nella valutazione della probabilità che un dato evento avvenga in un certo periodo; in questa analisi ci si basa su metodi euristici (con valutazioni soggettive e qualitative), statistici (basati sullo studio del fenomeno nel passato) o deterministici (con riferimento a leggi fisico-matematiche);

Valutazione del rischio inteso come sintesi del lavoro di individuazione e attribuzione di un valore degli elementi a rischio e della loro vulnerabilità;

Gestione del rischio, cioè la serie di interventi atti a diminuire l'effetto del fenomeno su ambiente, manufatti e popolazione.

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INGEGNERIA GEOTECNICA - CAMPI DI ATTIVITA’

Pizzo Coppetto, Alta Valtellina (SO), settembre 2006 28

Colleumberto (PG), dicembre 2005 29

Centuripe (EN), ottobre 2009 30

Holbeck Hall, North

Yorkshire, 1993

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Valle d’Isarco (BZ) agosto 2012 32

La Conchita, California.

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Frana per colamento, Val d’Orcia, aprile 2010

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Creep

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Calanchi, Val d’Orcia, Toscana

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Erosione spondale

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Erosione spondale

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Rilevato stradale – Texas 2002

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Spalla di ponte

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Scavo in trincea

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Tailing dam – Ungheria 2010

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Bacino di decantazione – Stava TN, 1985

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