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GEOTECNICA

Corso Ingegneria Civile e Ambientale per lo sviluppo sostenibile
Curriculum SAFETY AND ENVIRONMENT MANAGEMENT
Orientamento Orientamento unico
Anno Accademico 2021/2022
Crediti 9
Settore Scientifico Disciplinare ICAR/07
Anno Terzo anno
Unità temporale Secondo semestre
Ore aula 72
Attività formativa Attività formative caratterizzanti

Canale unico

Docente NICOLA MORACI
Obiettivi Il corso si propone di fornire all’allievo le conoscenze di base inerenti alla geotecnica. In particolare, verranno acquisite le seguenti conoscenze. Conoscenza del principio degli sforzi efficaci. Conoscenza dei moti di filtrazione nel terreno in regime stazionario e transitorio. Conoscenza della resistenza al taglio e delle caratteristiche di deformabilità delle terre. Conoscenza della spinta delle terre. Conoscenza dei cedimenti e della capacità portante delle fondazioni superficiali.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di interpretare i risultati delle prove di laboratorio, di definire un modello geotecnico di sottosuolo sulla base dei risultati delle indagini, di risolvere semplici problemi di ingegneria geotecnica come il calcolo dei cedimenti e della capacità portante delle fondazioni superficiali e il calcolo delle spinte sui muri di sostegno.

Il raggiungimento delle suddette conoscenze sarà perseguito tramite lezioni frontali, consultazione di libri di testo e/o pubblicazioni scientifiche specifiche, svolgimento di esercitazioni di laboratorio e progettuali, studio individuale degli argomenti affrontati durante il corso.
Lo studente sarà in grado di approfondire con un alto grado di autonomia le tematiche oggetto di studio a scopo professionale e di ricerca.

Modalità di valutazione
La prova d'esame consiste in una prova orale preceduta da una prova scritta. Il colloquio sarà volto ad accertare le conoscenze acquisite dall’allievo sulle tematiche oggetto del corso, l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento e l'abilità comunicativa. L'esito dell’esame risulterà da una media dei voti assegnati su ciascuna domanda posta allo studente. Il voto finale sarà attribuito secondo il seguente criterio di valutazione:
30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti, eccellente proprietà di linguaggio, completa ed originale capacità interpretativa, piena capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
28 - 30: conoscenza completa e approfondita degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, completa ed efficace capacità interpretativa, in grado di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
24 - 27: conoscenza degli argomenti con un buon grado di padronanza, buona proprietà di linguaggio, corretta e sicura capacità interpretativa, buona capacità di applicare in modo corretto la maggior parte delle conoscenze per risolvere i problemi proposti;
20 - 23: conoscenza adeguata degli argomenti ma limitata padronanza degli stessi, soddisfacente proprietà di linguaggio, corretta capacità interpretativa, più che sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
18 - 19: conoscenza di base degli argomenti principali, conoscenza di base del linguaggio tecnico, sufficiente capacità interpretativa, sufficiente capacità di applicare le conoscenze di base acquisite;
Insufficiente: non possiede una conoscenza accettabile degli argomenti trattati durante il corso

English version
The course aims at providing the student with the knowledge on geotechnics. Particularly, the following knowledge will be acquired. Knowledge of effective stress principle. Knowledge of principle of effective stress. Knowledge of steady-state seepage and transient phenomena. Knowledge of shear strength and deformability characteristics of soils. Knowledge of soil thrust. Knowledge of settlement and bearing capacity of shallow foundations.

At the end of the course, students will be able to interpret laboratory test results, to define the soil geotechnical model based on survey results, to solve simple engineering problem as the calculation of settlements and the bearing capacity of surface foundations and the calculation of the thrusts on the retaining walls.
The achievement of the abovementioned skills will be pursued through lectures, consultation of textbooks and/or specific scientific publications, carrying out designed exercises, critical individual study of the topics covered during the course.
The student will be able to integrate their knowledge for professional and research purposes.
Programma Identificazione e classificazione dei terreni (0,5 CFU). Genesi dei terreni. Struttura dei terreni argillosi e granulari. Relazioni di fase. Prove di classificazione: granulometria, aerometria e limiti di Atterberg. Sistemi di classificazione: MIT, USCS, CNR-UNI 10006.

Principio degli sforzi efficaci e variabili di stato (0,5 CFU). Presenza dell'acqua, pressioni interstiziali. Pressioni totali ed efficaci, principio degli sforzi efficaci. Tensioni geostatiche. Storia dello stato tensionale: terreni normalconsolidati e sovraconsolidati. Coefficiente di spinta orizzontale a riposo, aging. Fenomeni di capillarità. Rappresentazione degli stati tensionali, cerchi di Mohr, percorsi delle sollecitazioni.

Modellazione del terreno come continuo (0,5 CFU). Il modello elastico. Moduli di Young in condizioni drenate e non drenate, moduli di deformazione al taglio, coefficienti di Poisson, moduli di deformabilità volumetrica. Applicazione della teoria dell'elasticità al calcolo delle tensioni indotte dai carichi di superficie. Cenni sui Modelli elasto-plastici.

L’acqua nel terreno: permeabilità e moti di filtrazione in regime stazionario (1 CFU). Coefficiente di permeabilità, legge di Darcy. Condizioni di equilibrio in presenza di moti di filtrazione. Gradiente idraulico critico. Il fenomeno del sifonamento. Determinazione sperimentale della permeabilità: modelli teorici, prove di laboratorio, prove di emungimento in sito. Permeabilità equivalente di terreni stratificati.
Equazione generale della filtrazione. Stabilità idraulica degli scavi. Moti di filtrazione in regime stazionario. Reti di flusso. Pressioni idrodinamiche, portate di filtrazione.

Moti di filtrazione in regime transitorio (1 CFU). Teoria della consolidazione monodimensionale di Terzaghi (1925). Prove edometriche: apparecchio edometrico, modalità esecutive delle prove, determinazione della pressione di pre-consolidazione. Determinazione dei parametri di compressibilità in condizioni monodimensionali, determinazione dei coefficienti di consolidazione primaria e secondaria, influenza del disturbo dei campioni. Calcolo dei cedimenti in condizioni edometriche.

Caratteristiche di resistenza al taglio dei terreni e determinazione dei parametri di resistenza mediante prove di laboratorio (1.5 CFU). Rottura dei terreni in condizioni drenate e non drenate. Criteri di rottura di Mohr-Coulomb e di Tresca. Parametri di resistenza al taglio drenati e non drenati, la resistenza al taglio di picco e residua. L'influenza dei parametri fisici sulle caratteristiche di resistenza al taglio. La dipendenza dallo stato tensionale e dalla storia dello stato tensionale. Prove per la determinazione della resistenza al taglio: prove di taglio diretto, prove triassiali drenate e non drenate. La teoria della dilatanza di Rowe (1962). Il concetto di stato critico. L’inviluppo curvo di rottura: gli approcci di Baligh (1975) e di Bolton (1984).
Effetti del percorso delle sollecitazioni, della storia tensionale, e delle condizioni di deformazione. Prove triassiali drenate e non drenate con differenti tipi di consolidazione e differenti percorsi di sollecitazione. Scelta dei parametri di resistenza al taglio nelle analisi di stabilità.

Caratteristiche di deformabilità dei terreni (0.5 CFU). Non linearità della curva sforzi-deformazioni, il modello iperbolico. Determinazione dei moduli di deformazione dalle prove triassiali e da prove in sito. Influenza dei parametri fisici del terreno, dello stato tensionale e dalla storia dello stato tensionale.

Spinta delle terre e muri di sostegno (1 CFU). Concetto di equilibrio limite attivo e passivo. Coefficienti di spinta attiva e passiva in condizioni drenate e non drenate. Tipologie dei muri di sostegno. Calcolo delle spinte sui muri in condizioni di breve e lungo termine. Il metodo di Coulomb (1773) e quello di Rankine (1857). Spinte dovute al l'acqua, Spinte dovute ai sovraccarichi. Influenza dell'attrito muro-terreno sui valori di spinta attiva e di spinta passiva. Effetto della inclinazione del piano di. Campagna. Influenza del regime degli spostamenti. Presenza della coesione, altezza critica di una parete verticale. Verifiche agli stati limite ultimi di muri di sostegno.

Cedimenti delle fondazioni superficiali (1.25 CFU). Cedimenti assoluti e differenziali. Cedimenti ammissibili per differenti tipi di strutture. Cedimenti immediati e differiti: cedimenti di consolidazione primaria e secondaria. Determinazione del cedimento di consolidazione primaria, del cedimento edometrico, l'approccio di Skempton-Bjerrum (1957) e di Leonards (1976). Determinazione del cedimento di consolidazione secondaria. Calcolo del cedimento immediato con la teoria dell'elasticità. La presenza di terreni eterogenei. L'influenza dell'approfondimento del piano di posa e della rigidezza della fondazione. I metodi empirici di Burland e Burbidge (1984) di Schmertmann et al. (1978) per il calcolo dei cedimenti su terreni granulari.

Capacità portante delle fondazioni superficiali (1.25 CFU). Analisi di stabilità allo stato limite ultimo. Capacità portante delle fondazioni superficiali. Meccanismi di rottura del terreno al di sotto delle fondazioni superficiali. Capacità portante in condizioni drenate e non drenate. L’approccio di Prandtl (1921) e Terzaghi (1943) e la formula generale di Brinch-Hansen (1970). L'influenza della falda. Il caso dei terreni non coesivi. Le verifiche di capacità portante; determinazione del carico ammissibile.

English version
Soil identification and classification (0.5 CFU). Genesis of soils. Structure of clayey and granular soils. Phase relations. Classification tests: particle size distribution, aerometry and Atterberg limits. Classification Systems: MIT, USCS, CNR-UNI 10006.

Effective stress principle and state variables (0.5 CFU). Water in soils, pore water pressure. Total and effective stresses, principle of effective stress. Geostatic stresses. Stress history: normally consolidated and over-consolidated soils. Coefficient of earth pressure at rest, aging. Capillarity phenomena. Stress state representation, Mohr’s circles, stress paths.
Continuum soil model (0.5 CFU). The elastic model. Young's modules in drained and undrained conditions, shear deformation modules, Poisson's ratio, volumetric deformability modules. Application of elasticity theory to the calculation of stresses induced by surface loads. Outline of elastic-plastic models.

Water in soils: permeability and steady state seepage phenomena (1 CFU). Permeability coefficient, Darcy's law. Equilibrium state under filtration. Critical hydraulic gradient. Soil siphoning. Experimental tests of permeability: theoretical models, laboratory tests, on-site pumping tests. Equivalent permeability of stratified soils.
General equation of filtration. Hydraulic stability of excavations. Steady-state seepage phenomena. Flow networks. Hydrodynamic pressures, filtration flow rates.

Transient seepage phenomena (1 CFU). Terzaghi's theory of one-dimensional consolidation (1925). Oedometric tests: edometric apparatus, methods for executioning the tests, determination of the pre-consolidation pressure. Determination of compressibility parameters in one-dimensional conditions, determination of primary and secondary consolidation coefficients, influence of sample disturbance. Calculation of settlements in oedometric conditions.

Shear strength of soils and determination of shear stress parameters by laboratory tests (1.5 CFU). Soil failure in drained and undrained conditions. Mohr-Coulomb and Tresca failure criteria. Drained and undrained shear strength parameters, peak and residual shear strength. The influence of physical parameters on the shear strength characteristics. The dependence on the stress state and the history of the stress state. Tests for the determination of shear strength: direct shear tests, drained and undrained triaxial tests. Rowe's theory of dilatance (1962). The concept of critical state. The curved breaking envelope: the approaches of Baligh (1975) and Bolton (1984).
Effects of the stress path, the stress history, and the deformation conditions. Drained and undrained triaxial tests with different types of consolidation and different stress paths. Choice of shear strength parameters in stability analyses.

Soil deformability characteristics (0.5 CFU). Non-linearity of the stress-strain curve, the hyperbolic model. Determination of the deformation modules from triaxial and on-site tests. Influence of the physical parameters of the soil, the stress state and the history of the stress state.

Soil thrust and retaining walls (1 CFU). Concept of active and passive limited equilibrium. Active and passive thrust coefficients in drained and undrained conditions. Types of retaining walls. Calculation of the forces on the walls in short and long term conditions. Coulomb's method (1773) and Rankine's method (1857). Water pressures, Overload thrusts. Influence of the wall-soil friction on the active and passive thrust values. Influence of slope inclination. Influence of the displacement. Presence of cohesion, critical height of a vertical wall. Retaining wall checks on ultimate limit states.

Shallow foundation settlement (1.25 CFU). Absolute and differential settlements. Admissible settlements for different types of structures. Immediate and secondary settlements: primary and secondary consolidation settlements. Determination of primary consolidation settlement, oedometric settlement, the Skempton-Bjerrum (1957) approach and Leonards (1976) approach. Determination of the secondary consolidation settlement. Calculation of immediate settlement with the theory of elasticity. The presence of heterogeneous soils. The influence of the deepening of the laying surface and the rigidity of the foundation. Burland and Burbidge (1984) method and of Schmertmann et al. (1978) method for the calculation of settlements on granular soils.

Bearing capacity of shallow foundations (1.25 CFU). Stability analysis in operating conditions and at the ultimate limit state. Bearing capacity of shallow foundations. Failure mechanisms of soils under shallow foundations. Bearing capacity in drained and undrained conditions. The approach of Prandtl (1921) and Terzaghi (1943) and the general formula of Brinch-Hansen (1970). The influence of the aquifer. The case of non-cohesive soils. Verification of bearing capacity; determination of the permissible load.
Testi docente Dispense messe a disposizione dal docente
Testi consigliati:
Colombo P., Colleselli F. (1996). Elementi di geotecnica. Zanichelli II Ed.
Lancellotta R. (1993). Geotecnica. Zanichelli II Ed.
Robert D. Holtz and William D. Kovacs (2011). An introduction to Geotechnical Engineering (consigliato). Prentice Hall 2nd Edition
Erogazione tradizionale
Erogazione a distanza
Frequenza obbligatoria No
Valutazione prova scritta
Valutazione prova orale
Valutazione test attitudinale No
Valutazione progetto No
Valutazione tirocinio No
Valutazione in itinere No
Prova pratica No

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