Classificazione e analisi delle rocce e dei terreni in geotecnica

Classificazione dei materiali naturali

In natura sono presenti moltissimi materiali naturali fatti da minerali con proprietà variabili in intervalli molto ampi e comportamenti diversi. Bisogna quindi suddividerle in un unico numero limitato di gruppi, descrivendo per ognuno le proprietà geotecniche che lo caratterizzano. Distinguiamo dapprima le rocce lapidee e le rocce sciolte, ovvero i terreni. In particolare distinguiamo la struttura, la quale può essere a matrice continua o particellare. Se la matrice è continua i materiali che vengono sottoposti a essiccamenti ed immersioni restano inalterati, mentre se fanno parte della seconda categoria dopo tale trattamento si disgregano.

Struttura e composizione delle rocce

La fase solida che troviamo nelle rocce nei terreni si chiama scheletro solido, e può essere appunto una matrice continua più o meno porosa o un aggregato di particelle. Lo spazio che troviamo nella matrice e che separa la stessa delle particelle è costituita dai pori, le cui dimensioni talvolta possono essere assimilate a quelle dei grani. I pori sono occupati anche dalla fase fluida, ecco perché possiamo vedere rocce e terreni come un mezzo trifase, ovvero nei quali è presente una fase solida, liquida e gassosa; anche dal punto di vista dei materiali possiamo distinguere minerali, acqua e aria. Se i pori sono completamente saturi di acqua il mezzo è detto saturo, se si riempiono parzialmente si dice non saturo, se sono completamente pieni d'aria si dice secco.

Proprietà fisiche e meccaniche

Per classificare le rocce lapidee e sciolte si usano una serie di proprietà indice o fisiche. Esse sono: caratteristiche della sostanza solida (peso specifico, porosità e peso secco dell’unità di volume); caratteristiche del complesso acqua solida + acqua, come contenuto d'acqua, peso dell'unità di volume, grado di saturazione; caratteristiche meccaniche, ovvero resistenza a trazione a compressione e modulo di elasticità normale.

Granulometria e classificazione delle particelle

Le rocce sciolte sono fatte da aggregati di particelle a contatto. La dimensione di queste particelle dice moltissimo sul comportamento meccanico e idraulico del terreno, pertanto è bene distinguere queste classi sulla base delle dimensioni dei granelli. Le particelle presentano delle forme irregolari e vengono per questo classificate con una dimensione convenzionale detta diametro, che è la dimensione caratteristica del più piccolo foro attraverso cui la particella riesce a passare e che corrisponde al diametro intermedio della particella, solitamente espresso in millimetri o micron.

Analisi granulometrica e rappresentazione

Per misurare la granulometria il campione di terreno viene essiccato e fatto passare attraverso una pila di recipienti cilindrici col fondo forato detti crivelli e stacci. I crivelli presentano sul fondo una lamiera con fori circolari di uguale diametro, mentre gli stacci sono chiusi sul fondo da una rete metallica a maglie quadrate. Questi strumenti vengono messi in serie collocando più in alto quelli con diametro maggiore, e il terreno viene versato sul primo, si agita la pila con movimento orizzontale.

In questo modo ogni staccio presenterà sul fondo una quantità di terreno che sarà costituita dalle particelle il cui diametro medio è compreso tra il diametro dei fori dello spazio e quello dello staccio superiore. Tutto il materiale che si deposita sul contenitore di fondo, se costituisce una parte non trascurabile del campione, deve essere sottoposto a ulteriori analisi.

I dati così ottenuti vengono elaborati determinando la percentuale in peso di ogni frazione granulometrica, da rappresentare eventualmente sotto forma di istogramma.

Per rappresentare la granulometria si usa la curva delle frequenze cumulate, in cui a ciascun diametro viene associata alla percentuale in peso di tutto il materiale passante attraverso lo staccio con i fori di tale diametro. I risultati dell'analisi si presentano in un diagramma semi logaritmico, che reca sulle ascisse il diametro e sulle ordinate la percentuale in peso delle particelle con diametro minore o uguale di quello considerato.

In base al diametro crescente si classificano cinque classi: argille, Limi, sabbie, ghiaie e blocchi.