Appunti teoria di geotecnica 1

Origine dei terreni

I terreni sono aggregati di particelle, generati da processi di alterazione fisica e chimica delle rocce.

I processi di alterazione fisica producono una disgregazione delle rocce in frammenti di dimensioni ridotte. Questi processi sono legati a fenomeni come:

• Crioclastismo: l'acqua di filtrazione congelandosi, esercita pressioni tanto da disgregare il materiale.
• Termoclastismo.
• Bioclastismo: disgregazione fisica delle rocce, prodotta dall'azione delle piante o degli animali.

I processi di alterazione chimica sono legati a fenomeni di ossidazione, idratazione, soluzione...

Se intervengono solo processi fisici, le particelle avranno la stessa composizione della roccia madre, se si hanno anche trasformazioni chimiche, si formano altri materiali.

Il terreno può schematizzarsi in un sistema multifase discontinuo, ma per lo studio che si andrà a fare, è opportuno usare uno schema continuo a fasi separate, che consentirà di mettere in relazione varie grandezze fisiche del terreno.

Il terreno è dunque un sistema trifase particellare, formato da:

• Particelle solide.
• Acqua.
• Aria.

Origine dei terreni

I terreni sono aggregati di particelle, generati da processi di alterazione fisica e chimica delle rocce.

I processi di alterazione fisica producono una disgregazione delle rocce in frammenti di dimensioni ridotte. Questi processi sono legati a fenomeni come:

• Crioclastismo: l'acqua di filtrazione congelandosi, esercita pressioni tanto da disgregare il materiale.
• Termoclastismo.
• Bioclastismo: disgregazione fisica delle rocce, prodotta dall'azione delle piante o degli animali.

I processi di alterazione chimica sono legati a fenomeni di ossidazione, idratazione, soluzione...

Se intervengono solo processi fisici, le particelle avranno la stessa composizione della roccia madre, se si hanno anche trasformazioni chimiche, si formano altri materiali.

Il terreno può schematizzarsi in un sistema multifase discontinuo, ma per lo studio che si andrà a fare, è opportuno usare uno schema continuo a fasi separate, che consentirà di mettere in relazione varie grandezze fisiche del terreno.

Il terreno è dunque un sistema trifase particellare, formato da:

• Particelle solide.
• Acqua.
• Aria.

In pianta

W = peso

V = volume

Il peso dell'aria è trascurabile!

Volume totale

V_TOT = V_A + V_W + V_S

Peso totale

W_TOT = W_A + W_S

Lo stato naturale di un mezzo multifase si può caratterizzare attraverso proprietà fisiche, definite dai rapporti tra pesi e volumi, tra pesi e tra volumi.

Proprietà fisiche del terreno

Peso dell'unità di volume

γ = _WTOT⁄_VTOT [kN/m³]

Peso dell'unità di volume della parte solida

γ_s = _Ws⁄_Vs

Peso dell'unità di volume del terreno secco

γ_d = _Ws⁄_VTOT

Peso dell'unità di volume del terreno alleggerito

γ' = γ - γ_w

Peso specifico totale

Peso specifico dei grani

G = _γ⁄_γw

G_s = _γs⁄_γw

Rapporti tra volumi

Porosità

Definisce il volume degli spazi vuoti presenti in un terreno, inoltre dipende dalla forma dei grani:

n = _Vv/_Vtot · 100 (%)

Indice dei vuoti

e = _Vv/_Vs

La porosità e l'indice dei vuoti sono correlati tra di loro:

n = _e/1+_e

e = _n/1-_n

Grado di saturazione

S = _Vw/_Vv · 100 (%)

• 0% Terreno asciutto.
• 100% Terreno saturo.

Rapporti tra pesi

Contenuto dell'acqua

w = _Ww/_Ws · 100 (%)

Le grandezze si determinano in laboratorio, ad esempio per determinare il contenuto dell'acqua W:

Viene posta una certa quantità di terreno, di cui si vuole determinare W, in un recipiente di peso noto (pari a T) e si pesa il tutto (P1).

Per ottenere l'evaporazione dell'acqua, si pone il terreno in un forno ad essiccare (a circa 105°) e dopo un Δt, si pesa nuovamente (P2). A questo punto, si può ricavare W:

W = Ww/Ws . 100 (%) = (P1 - P2) / (P2 - T) . 100 (%)

Dimostrazione

Il peso dell'unità di volume del terreno alleggerito (σ') non dipende dalla profondità!

Prendiamo un cubetto di terreno saturo di volume 1 m³. Quale valore indicherà il dinamometro nel caso in cui il cubetto viene immerso nell'acqua?

1° Caso