LEZIONE 2 - CLASSIFICAZIONE DEI TERRENI
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- Amanda Genovese
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1 LEZIONE 2 - CLASSIFICAZIONE DEI TERRENI L uso di terreni naturali e rocce è un elemento distintivo dell ingegneria geotecnica. Nella maggior parte dei rami dell Ingegneria e dell Architettura è possibile, sulla base delle necessità progettuali, scegliere il materiale più idoneo allo scopo prefissato e prescriverne le caratteristiche portanti. Per quanto riguarda i terreni il progettista si trova di fronte alla scelta opposta: trovare la su lozione progettuale idonea al tipo di terreno interessato dalla costruzione dell opera da realizzarsi. La tipologia di terreno è infatti quella che si rinviene in sito e il progettista ha la sola possibilità di migliorarne limitatamente le caratteristiche meccaniche (costipazione del terreno, allentamento delle acque, ecc). I terreni sono MEZZI MULTIFASE e sono costituiti da: - FASE SOLIDA: costituita da granuli di diversa natura (frammenti di roccia o particelle d argilla) - FASE LIQUIDA: acqua o altri fluidi - FASE GASSOSA: aria o vapore acqueo Il terreno si dice SATURO se viene a mancare la parte gassosa (tutti gli spazi intergranulari riempiti di acqua), ASCIUTTO se manca la fase liquida e PARZIALMENTE SATURO se coesistono le tre fasi. 1
2 PROPRIETA MECCANICHE del TERRENO Con proprietà meccaniche del terreno si intende indicare: - la sua RESISTENZA - la sua RIGIDEZZA (o deformabilità) Tali caratteristiche dipendono fortemente da: - natura delle particelle (materiale di cui sono costituite, dimensioni, ecc) - stato del terreno (mutua disposizione dei granelli, presenza di acqua, stato tensionale, ecc) Le prima operazione necessaria al fine di definire le proprietà meccaniche sono quelle di IDENTIFICARE e CLASSIFICARE del terreno. IDENTIFICAZIONE di un terreno: descrizione dell aspetto e osservazione del suo comportamento con prove semplici CLASSIFICARE un terreno: suddividere i terreni in classi ampie di comportamento relativamente uniforme a seconda della finalità tecnica del terreno (la classificazione di un terreno per fini agronomi sicuramente differisce da quella utilizzata in geotecnica). 2
3 IDENTIFICAZIONE DEI TERRENI Descrizione di un terreno elencando le sue caratteristiche, quali: 1. Natura dei granelli: - dimensioni - assortimento (distribuzione delle particelle di dimensioni differenti all interno del campione) - forma - tessitura superficiale - natura mineralogica 2. Stato corrente: - tensioni in sito - contenuto di acqua - storia di carico 3. Struttura: - Stratificazione - Stato di fessurazione - Grado di cementazione 4. Modalità di formazione (origine geologica) - Sedimentaria - Residuale 3
4 ANALISI GRANULOMETRICHE Le dimensioni delle particelle che costituiscono il terreno variano in un intervallo molto ampio: tra dimensioni inferiori a mm per le argille (non percepibile ad occhio nudo) sino a dimensioni maggiori di 200 mm per ciottoli e blocchi. La distribuzione delle dimensioni delle particelle di un terreno viene rappresentata costruendo la CURA GRANULOMETRICA. Tale curva si determina per SETACCAITURA e per SEDIMENTAZIONE. SETACCIATURA: il terreno viene fatto passare attraverso una serie di setacci con apertura delle maglie decrescente, registrando il peso di materiale trattenuto su ciascun setaccio (setaccio più fine apertura 0.07 mm sabbie) SEDIMENTAZIONE: serve per determinare la distribuzione granulometrica delle particelle più fini. Si basa sulla legge di Stokes in base alla quale la velocità di sedimentazione di una particella è proporzionale alle sue dimensioni. 4
5 Materiale A: sabbia con distribuzione granulometrica pressoché uniforme (es. deposito fluviale); una dimensione predominante rispetto alle altre: materiale male assortito Materiale B: materiale con una distribuzione granulometrica molto ampia (es. deposito glaciale); particelle con diametri molto diversi all interno del campione: materiale ben assortito. Materiale C: argilla limosa (es. deposito in un lago o in un estuario). Di fondamentale importanza è l individuazione della frazione prevalente caratteristica del terreno analizzato. Il comportamento dei terreni a grana grossa (limo-sabbie-ghiaia) si differenzia sostanzialmente da quello di terreni a grana fine (argilla): - le particelle argillose possono avere significative variazioni di volume in presenza di acqua (rigonfiamento) o se soggetti a carichi; - per le argille assumono grande rilevanza le forze di superficie (coesione) 5
6 RELAZIONE TRA LE DIERSE FASI DI UN CAMPIONE DI UN TERRENO Alcune proprietà meccaniche dei terreni dipendono dal grado di addensamento delle particelle: i terreni sciolti sono, in genere, meno resistenti e più comprimibili dei terreni densi. Di seguito sono riportate alcune relazioni tra le diverse fasi del terreno che possono descrivere il grado di addensamento. olume totale somma dei volumi delle singole fasi = g + w + s olume specifico v (rapporto tra volume totale e volume parte solida) Indice dei vuoti e (rapporto tra volume dei vuoti e volume fase solida) v = s e = Porosità n (rapporto tra il volume dei vuoti (gas + liquido) e volume totale n = v 100 v s (%) 6
7 Porosità ed indice dei vuoti sono correlati così come volume totale e indice dei vuoti Grado di saturazione S = e n = 1+ e v = 1 + e w v 100 S= 100% corrisponde a un terreno saturo S= 0 corrisponde a un terreno asciutto (%) Il volume specifico non può essere misurato direttamente ma può essere calcolato a partire da altre grandezza che si misurano con facilità: Contenuto d acqua (rapporto percentuale tra W s che è il peso del terreno essiccato in stufa e W w che è il peso dell acqua inizialmente presente) w = Peso dell unità di volume totale dove W= W w + W s W W w s γ = 100 W (%) Peso dell unità di volume del solido secco γ s Ws = s 7
8 Peso dell unità di volume del terreno alleggerito γ = γ γ w Peso specifico totale Peso specifico dei grani γ G = γ G s w γ = γ s w 8
9 LIMITI DI ATTEBERG Il comportamento di terreni a grana fine (LIMI e ARGILLE) è decisamente sensibile al contenuto di acqua: - un contenuto di acqua decisamente elevato produce nel terreno un comportamento assimilabile a quello di un fluido (fango melma) - l assenza di acqua, o una quantità decisamente ridotta né produce un comportamento duro e fragile (basti pensare alle zolle di terra) - esiste un intervallo di valori del contenuto di acqua che induce, invece, un comportamento plastico del terreno. I valori del contenuto di acqua che segnano il limite tra comportamento fluido - plastico e comportamento plastico solido sono detti LIMITI di CONSISTENZA o LIMITI di ATTERBERG. Un ruolo analogo ai limiti di consistenza per i terreni a grana fine, è rivestito per terreni a grana grossa (SABBIA GHIAIA) dal grado di addensamento e quindi dal valore del volume specifico v assunto dai terreni. 9
10 RELAZIONE TRA I LIMITI DI ATTERBERG ED I OLUMI SPECIFICI DELLE SABBIE 10
11 Limite liquido LL Si esegue in genere la prova di Casagrande Si pratica una scanalatura nel terreno e si fa partire il cucchiaio contando il numero di colpi al quale si chiude il solco; Dal grafico sopra si determina il contenuto d acqua corrispondente alla chiusura della scanalatura con 25 colpi del cucchiaio. 11
12 Limite plastico L indice di plasticità: IP = w L w P L indice di liquidità: LI = w N PI w P 12
13 Limite di ritiro L indice di consistenza: IC = w L w PI N = 1 LI 13
14 CARTA DI PLASTICITÀ DI CASAGRANDE (1) LIMI INORGANICI di bassa compressibilità (2) LIMI INORGANICI di media compressibilità LIMI ORGANICI (3) LIMI INORGANICI di alta compressibilità ed ARGILLE ORGANICHE (4) ARGILLE INORGANICHE di bassa plasticità (5) ARGILLE INORGANICHE di media plasticità (6) ARGILLE INORGANICHE di alta plasticità 14
15 UNIFIED SOIL CLASSIFICATION SYSTEM 15
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