Obiettivi Formativi

Il corso di Meccanica delle Terre si prefigge di fornire le conoscenze di base sul comportamento meccanico delle terre, gli strumenti per la caratterizzazione delle terre attraverso l'analisi critica dei dati sperimentali e le soluzioni teoriche consolidate per la risoluzione di problemi di geotecnica ricorrenti nella prassi professionale. Tale obiettivo è riferito alle principali caratteristiche del terreno come materiale naturale che può essere descritto come un mezzo poroso multifase, all’importanza della sperimentazione sulle terre finalizzata alla soluzione di problemi di ingegneria civile, alla descrizione del comportamento meccanico delle terre e all’influenza che tale comportamento esercita sulla risposta delle opere di ingegneria nelle condizioni ultime e di esercizio; L’obiettivo è quello di saper interpretare le prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche delle terre; valutare lo stato di tensione in un deposito di terreni; risolvere problemi riguardanti moti di filtrazione dell’acqua, sia in condizioni stazionarie che in condizioni transitorie; eseguire la valutazione della spinta delle terre sulle opere di sostegno; valutare le tensioni indotte in un deposito di terreno dell'applicazione di un carico in superficie, calcolare i cedimenti del terreno prodotti dal carico applicato e la loro evoluzione nel tempo e verificare che il carico applicato non produca la formazione di un meccanismo plastico; La comprensione degli argomenti è accompagnata dall’uso di linguaggio appropriato e rigoroso, utile a sviluppare la capacità di elaborazione dei concetti con piena autonomia di giudizio, a presentare i risultati e sostenere argomentazioni teoriche su temi applicativi dell'Ingegneria civile-edile, con particolare riferimento a quelli riguardanti le opere e i sistemi geotecnici; Lo scopo è quello di permettere una sicura ed efficace comunicazione sia con interlocutori esperti nella materia che con interlocutori non specialisti e di diversa formazione; Gli elementi di teoria consentiranno allo studente di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati, in modo da poter affrontare con successo la professione di ingegnere.

Learning Goals

  ↵ The course of Soil mechanics aims to provide: the basic knowledge on the mechanical behaviour of soils, tools for soil characterization through the critical analysis of experimental data robust theoretical solutions for the resolution of recurrent geotechnical problems in professional practice. This is achieved by understanding: the main characteristics of the soil as a natural material that can be described as a multiphase porous medium, the importance of laboratory tests on soil samples aimed at solving problems of civil engineering; the importance of the mechanical behaviour of soils and its influence on the response of engineering structures at ultimate and operating conditions; At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge and the understanding of the basic principles of the discipline in order to: interpret laboratory test results for the determination of physical and mechanical properties of soils; assess the state of stress in a soil deposit; solve problems concerning the seepage of water through soil, both in stationary and transient conditions; evaluate lateral earth pressures acting on retaining structures; evaluate stresses in a soil deposit induced by the application of a load at the ground surface, calculate the soil settlements produced by the applied load and their evolution over time and verify that the applied load does not produce the development of a failure condition; the understanding of the topics is aimed at developing the ability to process concepts with complete autonomy of judgment and is supported by the learning of an appropriate and rigorous technical language, useful to present the results and to support theoretical arguments on practical issues of Engineering, with particular reference to those of soil mechanics and geotechnical engineering; This objective is aimed at allowing students to undertake effective communication both with interlocutors experienced in the field of soil mechanics and geotechnical engineering and with interlocutors not specialized in this field having a different education background; Elements of theory will allow the student to identify, formulate and solve problems using up-to-date methods, techniques and tools, in order to successfully address geotechnical problems frequently recurring in professional practice.

Metodi didattici

Il corso prevede un impegno in aula di 48 ore e viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni sono svolte alla lavagna stimolando frequentemente l'interazione con gli studenti e sono finalizzate all’acquisizione delle conoscenze sul comportamento meccanico delle terre. Le esercitazioni vengono svolte dagli studenti sotto la guida del docente. Esse sono finalizzate ad applicare le conoscenze acquisite e rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e il confronto tra i risultati ottenuti. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati alla lavagna per illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e da affinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso.

Teaching Methods

The course consists of 48 hours of classroom activities and is delivered through lectures (24 hours) and guided exercises with teacher support (24 hours). Lectures in the classroom are given at the blackboard, frequently stimulating interaction with students and are aimed to provide basic knowledge on the mechanical behaviour of soils. The exercises are carried out by the students under the guidance of the teacher. They are aimed to apply the acquired knowledge to simple problems. Classroom exercises represent a fundamental moment of interaction and participation in which teamwork and comparison among different solutions and results are encouraged. During the classroom exercises the students are asked to explain the results they obtained in order to stimulate their ability to formulate solutions developed independently or in groups, to become familiar with the presentation of their results and to refine their ability to express technical information using rigorous language.

Prerequisiti

Conoscenze di analisi matematica (concetti di limite, derivata, integrale, equazioni differenziali), conoscenze di fisica (concetti di forze, tensioni, deformazioni, equilibrio); conoscenze di idraulica (carico idraulico, equazione di Bernoulli).

Prerequisites

Basic knowledge in mathematics, physics and hydraulics.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso un esame che consta di una prova scritta e di una successiva prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di un problema e in generale contempla diversi argomenti trattati durante le lezioni e le esercitazioni. Essa è volta a valutare la capacità dello studente di risolvere un problema applicativo, sviluppando la soluzione a partire dalla analisi dei dati, individuando le soluzioni teoriche da applicare e analizzando criticamente i risultati. La durata della prova scritta è di tre ore durante le quali lo studente lavora in autonomia. Le formule e i diagrammi necessari per lo svolgimento della prova vengono forniti insieme al testo del problema. La prova scritta è valutata in trentesimi e lo studente è ammesso a sostenere la prova orale se il giudizio espresso sulla prova scritta supera 15/30. La prova scritta ha validità solo per l’appello corrente. La prova orale si svolge dopo pochi giorni dalla prova scritta, consiste generalmente nella discussione della prova scritta e nella formulazione di almeno tre quesiti, ciascuno valutato in trentesimi. La prova orale è volta a verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso. Sono altresì oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti. La valutazione finale dell'esame, espressa in trentesimi, è il risultato di un giudizio complessivo della prova d’esame e tiene conto della media ponderata dei risultati della prova scritta e della prova orale.

Assessment

The level of learning is checked by means of an examination consisting of a written test followed by an oral test. The written test consists in the resolution of an exercise and in general includes several topics dealt with during the course. It aims to assess the student’s ability to solve a problem of geotechnical engineering by developing the solution starting from data analysis, identifying the theoretical solutions to be applied and critically analyzing the results. The duration of the written test is three hours during which the student works independently. The formulae and diagrams necessary for the test are provided to students along with the text of the problem. The written test is scored out of thirty and is considered passed if the overall evaluation is not less than 15/30. Once the written test has been passed, it is valid only for the current examination. The oral test takes place in the form of an interview a few days after the written test and usually consists in the discussion of the written test and in the discussion of at least three topics, each scored out of thirty. The oral test aims at verifying the level of knowledge and understanding of the course contents. The methodological rigor and appropriate scientific language in the presentation of the topics are also assessed. The final grade is expressed out of thirty and is the result of an overall assessment of the examination that accounts for the weighted average of the scores obtained in the written and oral test.

Programma del Corso

Il corso è suddiviso in sei capitoli che riguardano i fenomeni naturali di formazione dei depositi di terreni sedimentari, argomenti di meccanica del continuo necessari per la valutazione dello stato di sforzo e deformazione nei terreni, tenendo conto della loro natura di mezzi porosi multifase, la modellazione teorica del comportamento meccanico e la valutazione sperimentale, mediante prove di laboratorio, dei parametri che governano tale comportamento, i problemi connessi ai moti di filtrazione all'interno dei terreni e infine, le soluzioni teoriche utili per la risoluzioni di problemi applicativi. L'elenco dettagliato degli argomenti trattati è il seguente: 1. NATURA E COSTITUZIONE DELLE TERRE: Origine dei terreni, ambiente di deposizione, mineralogia; Struttura e interazione tra le fasi; Classificazione delle terre, analisi granulometrica, limiti di Atterberg. 2. STATI DI TENSIONE E DEFORMAZIONE NELLE TERRE: Stati di tensione e deformazione in un continuo (richiami); Principio delle tensioni efficaci; Rappresentazione degli stati di tensione e deformazione e della loro evoluzione; Calcolo delle tensioni in condizioni litostatiche; Fenomeni di capillarità. 3.MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DELLE TERRE: Il modello di mezzo elastico; Il modello di mezzo plastico perfetto ed elasto-plastico incrudente; Criteri di resistenza; Condizioni drenate e condizioni non drenate. 4. COMPORTAMENTO MECCANICO E DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI: Prove di Laboratorio; Compressibilità dei depositi naturali in condizioni monodimensionali; Resistenza al taglio in termini di tensioni efficaci; Resistenza al taglio in termini di tensioni totali; Caratteristiche di deformabilità. 5.PERMEABILITÀ E MOTI DI FILTRAZIONE: Richiami di idraulica: carico idraulico, gradiente idraulico, portata e velocità di filtrazione; Moti di filtrazione in regime stazionario: equazione di governo, moti di filtrazione monodimensionali e moti di filtrazione piani, effetti della filtrazione sullo stato tensionale e sifonamento; Moti di filtrazione in regime vario: Teoria della consolidazione, soluzione in condizioni di flusso e deformazione monodimensionale, cedimenti di consolidazione. 6.INTRODUZIONE A PROBLEMI APPLICATIVI: Stati di equilibrio limite di Rankine: tensioni attive e passive; Tensioni indotte dai carichi superficiali e calcolo dei cedimenti; Resistenza ai carichi superficiali.

Course Syllabus

The course is divided into six chapters dealing with the natural phenomena of deposition of sedimentary soils, topics of continuous mechanics necessary for the evaluation of the state of stress and strain in soils, taking into account their nature as multiphase porous media, the theoretical modelling of mechanical behaviour and the experimental evaluation, by laboratory tests, of the parameters governing this behaviour, problems related to the seepage motion of water through the soil and finally, theoretical solutions useful for the resolution of practical problems. The detailed list of subjects covered is as follows: 1. SOIL NATURE: Origin of soils; Deposition environment, mineralogy; Interaction among phases; Soil classification, grain size analysis and Atterberg’s limits. 2. STRESSES AND STRAINS IN SOILS: Stated of stress and strain in a continuum; Effective stress principle; Representation of stress and strain states, stress paths; Evaluation of stresses in lithostatic conditions; Capillarity. 3. MODELING OF MECHANICAL BEHAVIOUR OF SOILS: Elastic model; Perfectly plastic model; Hardening; plasticity; Yield criterion; Drained and undrained conditions. 4. LABORATORY TESTING OF SOILS: Compressibility of natural soil deposits in one-dimensional conditions; Soil strength in terms of effective stresses; Soil strength in terms of total stresses; Parameters of deformability. 5. PERMEABILITY AND SEEPAGE: Hydraulics concepts: Hydraulic head, hydraulic gradient, seepage flow and velocity; Steady state seepage flow: governing equations, one- and two-dimensional flows, flow effects on stress state, piping; Transient seepage flows: theory of consolidation, solutions for one-dimensional flow and strain conditions, consolidation settlements. 6. INTRODUCTION TO PRACTICAL PROBLEMS: Rankine’s theory of limit equilibrium stress states: active and passive stresses; Stresses induced by surface loads and evaluation of soil settlements; Soil resistance to  surface loads.