CARATTERISTICHE FISICO - MECCANICHE DEL TERRENO

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1 Terreno Agrario

2 CARATTERISTICHE FISICO - MECCANICHE DEL TERRENO TERRENO AGRARIO: Consistenza di tre fasi (solida, liquida e gassosa). Equilibrio è essenziale (50% solida e 50% gassosa). LAVORAZIONI PERIODICHE: Strutturazione "artificiale" con il mantenimento del giusto equilibrio tra le diverse fasi. COSTIPAMENTO: Azione negativa degli organi di propulsione e di sostegno delle macchine motrici ed operatrici con aumento dell'incidenza in volume della fase solida. Per ogni ciclo colturale la stessa striscia di terreno viene "calpestata" fino a 8-10 volte. Superficie lavorata convenzionalmente viene calpestata per il 200% circa. CARATTERISTICHE FISICO-MECCANICHE: - azioni di rottura a carico del terreno e forze resistenti (scelta dell' utensile). - capacità portante: capacità di sopportare sollecitazioni senza modifiche significative della struttura

3 TERRENO AGRARIO COMPONENTI: ARGILLA (silicati); LIMO (silice, calcare, quarzo); SABBIA (silice); HUMUS (sostanza organica "stabile") CLASSIFICAZIONE: SCHELETRO (Ø > 2 mm) ciottoli (Ø > 75 mm) ghiaia (2 mm< Ø 75 mm) TERRA FINE (Ø 2 mm) sabbia grossa (0,2 mm < Ø 2 mm) sabbia fine (0,02 mm < Ø 0,2 mm) limo (0,002 mm < Ø <0,02 mm) argilla (Ø 0,002 mm) TERRENI SCIOLTI (% sabbia 50): permeabili ed incoerenti; poco deformabili; scarsamente influenzati dal contenuto idrico; bassa resistenza alla lavorazione. TERRENI TENACI (% sabbia < 30; % argilla > 20): poco permeabili; molto deformabili (specie se umidi); molto influenzati dal contenuto idrico; elevata resistenza alla lavorazione. TERRENI FRANCHI (% sabbia < 50; % argilla < 20): caratteristiche intermedie.

4 CLASSIFICAZIONE DEL TERRENO

5 CLASSIFICAZIONE DEL TERRENO AGRARIO

6 CARATTERISTICHE FISICOMECCANICHE DEL TERRENO TERRENO AGRARIO: Difficoltà connesse con lo studio a "cielo aperto" (presenza di apparati radicali, micro/meso fauna, etc.). MANTENIMENTO DELLA STRUTTURA: - razionalizzazione della meccanizzazione. - impiego di macchine con utensili che determinano azioni qualitativamente elevate e legate a ridotti impieghi di energia. - elevato periodo di lavorabilità (e quindi di transitabilità) del terreno (riduzione del sovradimensionamento del parco macchine). - miglioramento delle condizioni di trazione (riduzione dei tempi di lavoro e dei consumi di combustibile), con positive ripercussioni economiche. MODIFICHE INDOTTE DALL'AZIONE: - degli organi di lavoro delle macchine (taglio, rovesciamento, frantumazione). - degli organi portanti delle macchine motrici ed operatrici quali cingoli e pneumatici (taglio e compressione).

7 ACQUA NEL TERRENO AGRARIO ACQUA:! LIBERA (capillare e gravitazionale) -> azione lubrificante;! ADSORBITA (azione cementante). PLASTICITÀ DEL TERRENO:! LIMITI DI ATTERBERG:! LIMITE LIQUIDO (LL): % H 2 0 terreno fluido;! LIMITE PLASTICO (LP): % H 2 0 terreno plastico;! INDICE DI PLASTICITÀ (Ip): LL - LP. TERRENO Ip SCIOLTO -> 0 FRANCO TENACE > 25 UMIDITÀ CRITICA: % H 2 0 sopra la quale la deformazione sotto carico costante del terreno cresce bruscamente. terreni tenaci -> limite plastico terreni sciolti -> 75 % limite liquido

8 DETERMINAZIONE DELL UMIDITA DEL TERRENO

9 CONSISTENZA DEL TERRENO AGRARIO

10 DETERMINAZIONE LIMITI DI ATTERBERG LIMITE PLASTICO (LP) LIMITE LIQUIDO (LL)

11 STRUTTURA DEL TERRENO AGRARIO MASSA VOLUMICA APPARENTE (g) [Kg/dm3]: TERRENO MASSA MASSA VOL. APPARENTE VOL. REALE STRUTTURA STRUTTURA (kg/dm 3 ) COMPATTA A GLOMERULI (kg/dm 3 ) (kg/dm 3 ) SCIOLTO 2,6 2,1 1,3 FRANCO 2,5 1,9 1,3 TENACE 2,4 1,7 1,2 STRUTTURA: disposizione nello spazio di particelle ed aggregati. POROSITÀ: rapporto tra il volume dei pori ed il volume totale di un campione di terreno; importante è il rapporto tra micropori (Ø < 50 µm) e macropori. tipo di terreno porosità (%) sciolto tenace franco 50-65

12 POROSITA vs TEMPO Massa volumica apparente vs porosità

13 SOLLECITAZIONI E RESISTENZA INTERNA TERRENO SOGGETTO AD AZIONI DI COMPRESSIONE E DI TAGLIO (QUELLE DI TRAZIONE, FLESSIONE E TORSIONE SONO TRASCURABILI). APPLICAZIONE FORZE ESTERNE: Reazione del terreno con deformazioni: - elastiche (direttamente proporzionali a F); - plastiche (permanenti). L= lavoro (J) F= forza esterna (N) z= deformazione (m) E= modulo di elasticità (N/m 2 ) A= area soggetta alla forza F (m 2 ) x= 2 nel campo elastico x <<2 per deformazioni permanenti

14 STRUTTURA GLOMERULARE MICRO E MACRO- POROSITA

15 REAZIONI DEL TERRENO AGRARIO COESIONE: forza di attrazione tra le particelle dovuta a legami chimici. E influenzata da: tessitura, contenuto idrico, contenuto in sostanza organica. È MINIMA in terreni sciolti. È MASSIMA in terreni tenaci (%H 2 O=70-SO%LP). Coesione "apparente" nei terreni sciolti.

16 PRESSIONE E TAGLIO

17 RESISTENZA AL TAGLIO

18 RESISTENZA AL TAGLIO Forza tangenziale con taglio orizzontale nel caso degli organi di aggrappamento di ruote e cingoli Deformazione vs numero passaggi

19 RESISTENZA ALLA LAVORAZIONE AZIONE DEGLI ORGANI DI LAVORO DELLE MACCHINE OPERATRICI PER LA LAVORAZIONE DEL TERRENO TAGLIO: - via "statica" (velocità bassa -> es. aratro); - via "dinamica" (velocità alta -> es. zappatrice). RESISTENZE ESTERNE: - ATTRITO ESTERNO; -ADESIONE. ATTRITO ESTERNO Ra = fr F. [N] fr = O,5-0,6 (fr) basso nei terreni tenaci e alto in quelli sciolti ADESIONE Scorrimento del terreno su corpo esterno cui tende ad aderire; forza necessaria per provocare il distacco di un provino di terreno da una superficie nota. Adesione cresce con il contenuto idrico (fino al LL). T. tenace -> 1O N/cm 2 T. sciolto -> 2 N/cm 2

20 RESISTENZA ALLA LAVORAZIONE

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22 Coefficiente di aderenza in funzione di c s e tgϕ c a = c s P + t g f Valori medi del coefficiente di aderenza c a su diversi terreni Tipi di terreno Ruote Cingoli Pista in calcestruzzo 0,90 1,10 Terra battuta 0,60 0,65 0,85 1,05 Stoppie di grano 0,35 0,50 0,80 0,90 Cotica erbosa 0,45 0,60 0,70 0,80 Letto di semina 0,25 0,30 0,60 0,70

23 RESISTENZA ALLA LAVORAZIONE RESISTENZE VENGONO RIFERITE EMPIRICAMENTE ALLA SEZIONE LAVORATA PER IL DIMENSIONAMENTO DELL'INSIEME MOTRICE/ OPERATRICE AL TERRENO: VIA STATICA : VIA DINAMICA: F/S [N/dm 2 ] W/S [CV/m cm] Coefficiente di resistenza alla trazione (ρ) per aratura su terreno friabile: T. tenace ρ= dan/dm2 T.franco ρ = dan/dm2 T.sciolto ρ = dan/dm2 Potenza specifica (ws) per zappatrice su terreno friabile: T. tenace ws = 1,5-2 CV/m. cm T.franco ws = 1-1,5 CV/m. cm T.sciolto ws= 0,5-l CV/m. cm

24 Macchine operatrici Unità di misura Resistenza specifica alla lavorazione ( terreno terreno terreno sciolto franco tenace Aratro kgf/dm Scarificatore kgf/m*cm Erpice a dischi kgf/m*cm Col ti vatore kgf/m*cm Valori orientativi della resistenza specifica alla lavorazione relativa ad alcune attrezzature che operano per via statica Macchine operatrici Potenza specifica per la lavorazione (CV/m*cm) terreno sciolto terreno franco terreno tenace Vangatrice 0,4-0,8 0,8-1,0 1,0-1,8 Zappatrice l,o - 1,4 1,4-2,0 2,0-2,7 Erpice rotante 0,5-0,8 0,8-1,0 1,0-2,0 Valori orientativi della potenza specifica per la lavorazione relativa ad alcune attrezzature che operano per via dinamica.