Stress path: cos'è e impatto sulla moderna geotecnica

Nella meccanica dei terreni e in geotecnica, lo stress path (traiettoria di sforzo) rappresenta l'andamento delle tensioni a cui è sottoposto un elemento di terreno in un determinato spazio di sforzo, tipicamente rappresentato dal piano p-q (piano delle tensioni deviatoriche). In parole semplici, lo stress path descrive la "storia" delle tensioni che il terreno ha subito nel tempo, fornendo informazioni preziose sul suo comportamento meccanico e sulla sua resistenza al cedimento e alla rottura. Lo stress path è definito da una sequenza di punti che rappresentano le tensioni (σ1, σ2, σ3) a cui l'elemento di terreno è sottoposto in diversi istanti. Questi punti vengono collegati da linee rette che indicano il percorso tensionale seguito dal terreno.

Principali tipi di stress path

I principali tipi di stress path sono:

• Isotropo: Le tensioni principali (σ1, σ2, σ3) aumentano proporzionalmente, mantenendo un rapporto costante. In questo caso, il percorso tensionale è una linea retta che passa per l'origine del piano p-q;

• Consolidamento unidimensionale: La tensione verticale (σ1) aumenta, mentre le tensioni orizzontali (σ2 e σ3) rimangono costanti. Il percorso tensionale è una linea verticale nel piano p-q;

• Shear stress-controlled: La tensione di taglio (τ) aumenta, mentre le tensioni normali (σ1 e σ3) rimangono costanti. Il percorso tensionale è una linea retta con pendenza costante nel piano p-q;

• Generico: Le tensioni principali (σ1, σ2, σ3) cambiano in modo indipendente, con un rapporto variabile tra di loro. Il percorso tensionale può assumere diverse forme, a seconda della specifica condizione di carico.

Importanza dello stress path in geotecnica

Lo stress path è un parametro fondamentale per la progettazione geotecnica, per la caratterizzazione del comportamento meccanico dei terreni e per la valutazione della loro stabilità. Attraverso l'analisi del stress path è possibile determinare i parametri di resistenza al taglio del terreno: mediante prove di laboratorio, come il triassiale o il taglio diretto, infatti, è possibile ricavare i parametri di resistenza al taglio del terreno (coesione e angolo di attrito interno) in condizioni drenate e non drenate. In passato, la meccanica dei terreni si basava su modelli semplicistici che assumevano un comportamento lineare e isotropo del terreno. Tuttavia, in realtà, il comportamento del terreno è molto più complesso e dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di terreno, la sua storia di carico e il percorso di sforzo a cui è sottoposto. Lo stress path può essere utilizzato per prevedere il cedimento del terreno sotto carico, considerando fattori come la tipologia di terreno, la storia di carico e le caratteristiche della fondazione. Infine, consente di analizzare la stabilità di scarpate e dighe: è fondamentale per valutare la stabilità di scarpate e dighe in terreni coesivi e non coesivi, considerando l'azione delle forze di taglio e delle pressioni interstiziali.