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.

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.

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).

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.

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.