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L. CALLISTO Terreni argillosi poco consistenti

terreni a grana fine poco consistenti

Luigi CALLISTO

summer school – Cagliari22-23 giugno 2015

1. osservazioni sperimentali

2. modelli costitutivi

3. aspetti applicativi

terreni argillosipoco consistentiin Italia(Calabresi e Manfredini 1976)

terra → mezzo particellare

le deformazioni sono prodotte dallo spostamentorelativo fra i granuli

• interazione tra le particelle• volume occupato dalle particelle → stato del materiale

Scott (1963)

struttura dei terreni argillosi

struttura dispersa(acqua dolce)

struttura flocculata(acqua salmastra)

struttura dei terreni argillosi

Collins e Mc Gown (1974)

pseudo-preconsolidazione

Leonards e Altshaeffl (1964) Bjerrum (1967)

relazione univoca fra stato tensionale e volume specifico(State Boundary Surface o superficie di stato)

Henkel (1960)

alogσ′

kσ′ pσ′

v0σ′

CS elastic unloading-reloading

Pσ′

plastic loading

elastic unloading-reloading

Pσ′

plastic loading A

tensione di preconsolidazione → soglia di plasticizzazione

Roscoe et al (1958)

superficie di stato→ evoluzione della condizione di plasticizzazione

Roscoe et al (1963)

terreno come mezzo elasto-plasticocon incrudimento: legge di flusso

Roscoe et al (1963)

ricerche sul potenziale plastico (Lewin, 1973)

Roscoe et al (1958)

superficie di stato e stato critico

Roscoe et al (1958) Roscoe et al (1958)

superficie di stato e stato critico

normalizzazione e pressione equivalente

modelli a plasticità diffusa

Al Tabaa & Muir Wood (1989)Dafalias & Hermann (1982)

snervamento di argille naturali

Mitchell (1976) – Leda clay

snervamento di argille naturali

Tavenas et al. (1979) – argille di Saint-Louis e di Saint-Alban

superficie di stato nelle condizioni naturali

Tavenas e Leroueil (1979), argilla di Saint-Alban

superficie di stato nelle condizioni naturali

Graham et al. (1988), argilla del lago Agassiz

condizioni edometriche – destrutturazionetransizione dallo stato sedimentario a uno stato intrinseco

Smith et al. (1992), argilla di Bothkennar

Callisto & Rampello (2004)

evoluzione della superficie di stato e destrutturazione

Smith et al. (1992), argilla di Bothkennar

Argilla di Pisa, definizione dello stato sedimentario(Skempton 1970)

definizione normalizzata dello stato sedimentario(Burland 1970)

10 100 1000σ'a: kPa

in situ statesnatural clayreconstituted clay

condizioni edometriche – destrutturazione dell’argilla di PisaCallisto (1996), Callisto & Calabresi (1998)

A30,R30

A60,R60A90,R90

A315,R315

0 40 80 120 160 p' : kPa

80q : k

argilla di Pisa – programma sperimentaleCallisto (1996), Callisto & Calabresi (1998)

prove in cella triassiale

-6 -4 -2 0ε (%)

0 5 10 15(kJ/m )

50 100 150 200 (kPa)

ricerca delle condizioni di snervamento

(kPa),

0 100 200(kPa)

0.51.02.0

W = 4.0 kJ/m3

Cs = 0.15

δεp' pv

δεp s

(strain energy)direction of the plasticstrain increment vectors

ricerca delle condizioni di snervamento

A180 A135

10 100

p' (kPa)

deformazioni volumetriche in prove triassiali

A30,R30

A60,R60A90,R90

A315,R315

0 40 80 120 160 p' : kPa

80q : k

Callisto & Rampello (2004)

normalizzazione dei percorsi tensionali

Callisto & Rampello (2004) Muir Wood (1995)

normalizzazione dei percorsi tensionali tenendo conto della destrutturazione

modelli costitutivi di Rouania & Muir Wood (2000) e di Gajo & Muir Wood (2001)

Callisto, Gajo & Muir Wood (2002)

0 50 100 150 200 250p': kPa

2.0%3.0%

4.0%5.0%

experimentsmodel

0 50 100 150 200 250p': kPa

3.0%4.0%

-0.5%-1.0%

experimentsmodel

deformazioni deviatoriche deformazioni volumetriche

argilla naturale

condizioni non drenate

deformazioni deviatoriche deformazioni volumetriche

argilla ricostituita

0 50 100 150 200 250p'

0.5%1.0%

experimentsmodel

0 50 100 150 200 250 300p': kPa

A30,R30

A60,R60A90,R90

A315,R315

0 40 80 120 160 p' : kPa

80q : k

prove in cella triassiale

telaio in ottone

pareti in perspexmembrana

spillo per lamisura deglispostamenti

fori di drenaggiointercapedine inpressione

provino

σ'h1 σ'h2

prove in cella triassiale cubica

σ'h1 σ'h2

-120 -40 40 120

xσ : kPa

σ'a , yσ : kPa

4 3 21%

T150strength envelope

isolinee delladeformazione deviatorica

0 2 4 6 8 10 12 14εs (%)

)true triaxial

triaxial (axisymmetric)

0.001 0.01 0.1 1 10εs: %

true triaxial

triaxial (axisymmetric)

0 2 4 6 8 10 12 14 16εs (%)

1:1 sample

standard sample

σ'h1 σ'h2

-60 -20 20 60xσ : kPa

80σ'a , yσ : kPa

1.0 0.3 0.2 0.1%

0 60 120 180

LSP 5 kPa10 kPa20 kPa

isolinee delladeformazione deviatorica

0 30 60 90 120 150 180

LSP = 5 kPa

mezzo elastico conanisotropia trasversale

σ'h2σ'h1

m = 1.0m = 0.9m = 0.8

T0 T30

σ'h1 σ'h2

-60 -20 20 60 xσ : kPa

σ'a , yσ : kPa

0.1%0.20.31.0

modelexperiments

σ'h1 σ'h2

-60 -20 20 60 xσ : kPa

σ'a , yσ : kPa

0.1%0.20.31.0

modelexperiments

previsione calibrazione indipendente

un caso di interesse applicativo

evoluzione nel tempo del comportamento di uno scavo

terreni a grana fine – condizioni di drenaggio

scavo → riduzione delletensioni totaliΔσ < 0

σ = σ' + u

riduzione della resistenza disponibile

tensioni totali

pressioni interstiziali

tensioni efficaci

σ'v +σ'h =cost.

percorsi tensioni efficacicomportamento meccanico del terreno

× direzione percorsi tensioni totali

percorsi tensionali - condizioni non drenate

ipotesi: legame elastico(lontano dalle condizioni limite)

σ'vσv u

condizioni iniziali

andamenti σ, u, σ' nei terreni di fondo scavo

σ'vσv u

condizioni inizialiΔu = Δσv Δσ'v = 0

condizioni inizialibreve termine

σ'vσv u

condizioni inizialicondizioni inizialibreve termine

Δσv Δu = α Δσv Δσ'v = (1-α) Δσv

α < 1

σ'vσv u

condizioni inizialicondizioni inizialibreve termine

α < 1

perdita di suzione

σ'vσv u

condizioni inizialicondizioni inizialibreve terminelungo termine

α < 1

effetto del tempo (Callisto et al. 2014)

(3 mesi) (12 mesi)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

smax/(gH)=0.4

one-D consolidation

smax/(gH)=0.1

refC50,C

γ=time factor

scavo profondo a Bologna -20 -10 0 10 20

u (mm)

letture:26-28/1/2005letture: 5-7/4/2005

3 mesi

modello costitutivo (Rouainia & Muir Wood 2000)

superficie di plasticizzazione

bounding

legame elastico isotropo legge di flusso associata

superficie esterna (bounding)

F. Bertoldo (2014)

modello costitutivo (Rouainia & Muir Wood 2000) – modulo plastico

0 0.2 0.4 0.6 0.8

0.0001 0.001 0.01 0.1

integrazione esplicita con controllo dell’errore (Sloan et al. 2001)

sì no

− aggiornamento dello stato tensionale

− aggiornamento dei valori assunti dalle variabili di stato

F. Bertoldo (2014)

simulazione di uno scavo in argilla – descrizione del problema

terreno → elementi rettangolari CPE4P

paratia → elementi beam

no interfaccia paratia-terreno

scavo in cond. drenate (1 metro)

vincolo in testa

prosecuzione dello scavo in cond. non drenate

analisi FEM (Abaqus)

paratia di pali accostati Φ 600 mm interasse 700 mm

F. Bertoldo (2014)

simulazione di uno scavo in argilla – descrizione del problema

0 1 2 3 4 5 0 25000

F. Bertoldo (2014)

simulazioni numeriche di percorsi tensionali tipici di problemi di scavocondizioni non drenate (a controllo di deformazioni)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10εv (%)

(σ'v -

0 50 100 150σ'h (kPa)

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10εv (%)

(σ'v -

0 50 100 150σ'h (kPa)

r = 1.5

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

stato di deformazione piana

compressione estensione

F. Bertoldo (2014)

12 /19

simulazioni numeriche di percorsi tensionali tipici di problemi di scavocondizioni non drenate (a controllo di tensioni) e consolidazione

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

s'h (kPa) s'h (kPa)

s'v (kPa)

stato di deformazione piana

0 50 100 150σ'h (kPa)

0 50σ'h (kPa)

0 -2εv (%)

compressione estensione

0 50 100 150σ'h (kPa)

0 50σ'h (kPa)

0 -2εv (%)

0 50 100 150σ'h (kPa)

0 50σ'h (kPa)

0 -2εv (%)

r = 1.5

0 50 100 150σ'h (kPa)

0 50σ'h (kPa)

0 -2εv (%)

F. Bertoldo (2014)

simulazione di uno scavo in argilla – situazione a fine scavo

sovrapressioni interstiziali indotte spostamenti orizzontali

r0 = 1 r0 = 2

F. Bertoldo (2014)

simulazione di uno scavo in argilla – effetto della consolidazione

spost. piede

simulazione di uno scavo in argilla – destrutturazione

spost. piede

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