Tesi universitaria Geotecnica

UNIVERSITA’ POLITECNICA DELLE MARCHE

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E DI INGEGNERIA DELLA MATERIA

DELL’AMBIENTE E URBANISTICA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE

Caratterizzazione geotecnica di un terreno sabbioso

Geotechnical characterization of a sandy soil

Relatore: Tesi di Laurea di:

Prof. Francesco Mazzieri Luca Miliozzi

Anno Accademico

2023/2024 1

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Sommario

1. OGGETTO E SCOPO DELLA TESI .................................................................................. 4

2. METODI DI CLASSIFICAZIONE .................................................................................... 5

3. CLASSIFICAZIONE DEL TERRENO TRAMITE ASTM D2487 – 17 ..................................... 6

3.1 T ’ ............................................................................................... 6

ERMINOLOGIA ALL INTERNO DELLA PROCEDURA

3.2 D C ................................................................................. 8

IAGRAMMI PER LA CLASSIFICAZIONE E ARTA DI PLASTICITÀ

3.3 P .............................................................................................................................................. 11

ROCEDURA

3.3.1 Procedura per terreni a grana fine ................................................................................................ 11

3.3.2 Procedura per terreni a grana grossa ........................................................................................... 13

3.4 D .......................................................................................... 15

ETERMINAZIONE DELLA CURVA GRANULOMETRICA

3.5 R .............................................................................................................................. 17

ISULTATI SPERIMENTALI

3.6 ASTM D4318 – 17 1 “S T M L L , P L P I ” ........... 23

E TANDARD EST ETHODS FOR IQUID IMIT LASTIC IMIT AND LASTICITY NDEX

3.6.1 Terminologia ................................................................................................................................. 23

3.6.2 Limite Liquido ................................................................................................................................ 25

3.6.3 Limite Plastico ............................................................................................................................... 29

3.6.4 Indice di plasticità ......................................................................................................................... 30

3.7 R .............................................................................................................................. 31

ISULTATI SPERIMENTALI

4. CONTENUTO D’ACQUA OTTIMO .............................................................................. 33

4.1 ASTM D698 – 12 ”S T M L C C S

TANDARD EST ETHODS FOR ABORATORY OMPACTION HARACTERISTICS OF OIL USING

S E ” ......................................................................................................................................... 33

TANDARD FFORT

4.1.1 Terminologia ................................................................................................................................. 34

4.1.2 Attrezzatura .................................................................................................................................. 34

4.1.3 Procedura ...................................................................................................................................... 36

4.1.4 Ottenimento curva di compattazione ........................................................................................... 38

4.2 R .............................................................................................................................. 38

ISULTATI SPERIMENTALI

5. PROVA DI PERMEABILITÀ ........................................................................................ 40

5.1 P ................................................................................................................ 40

ERMEAMETRO A PARETI FLESSIBILI

5.1.1 Preparazione e posizionamento del campione nella cella ............................................................. 41

5.1.2 Esecuzione della prova .................................................................................................................. 42

5.1.3 Calcolo del coefficiente di permeabilità ........................................................................................ 43

5.2 R .............................................................................................................................. 44

ISULTATI SPERIMENTALI

6. CONCLUSIONI ......................................................................................................... 46

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 47

3

1. Oggetto e scopo della tesi

La caratterizzazione di un terreno è un processo fondamentale in quella che è la

geotecnica in quanto ricondurlo ad una macrogruppo ci permette di avere un indicazione

su quelle che sono le caratteristiche fisiche, meccaniche ed ingegneristiche.

Nell’ambito ingegneristico, i terreni possono essere suddivisi in quattro categorie in

funzione della dimensione dei grani:

● ghiaia

● sabbia

● limo

● argilla

La ghiaia e la sabbia sono considerati terreni incoerenti o a grana grossa, mentre rientrano

nei terreni coesivi o a grana fine, il limo e l’argilla. Caratterizzare un terreno però non vuol

dire solante determinarne che tipologia ma è andare appunto a ricavare quelle che sono

le sue proprietà anche a livello meccanico, per fare ciò sono state ideate delle prove sia di

laboratorio sia in situ, ossia effettuate in cantiere, che ci permettono di ottenere dei dati

necessari per poter prevedere il comportamento del terreno.

All’interno di questa tesi ci concentreremo sulla caratterizzazione di un terreno sabbioso

in particolare effettuando analisi per la tipologia di terreno, il contenuto d’ottimo d’acqua

e la permeabilità. Gli standard di riferimento utili a tale scopo sono ASTM D2487 – 17

“Classification of Soil for Engineering Purpose” e ASTM D4318 – 17e1 “Standard Test

Methods for Liquid Limit, Plastic Limit and Plasticity Index” per la determinazione di

tipologia di terreno, e la ASTM D698 – 12 ”Standard Test Methods for Laboratory

Compaction Characteristics of Soil using Standard Effort”.

Figura 1.1, terreno sabbioso oggetto di studio 4

2. Metodi di classificazione

Nello scorso secolo sono stati sviluppati diversi sistemi di classificazione in parallelo sia

livello nazionale che internazionale, in particolare in Italia abbiamo sviluppato il sistema

UNI di cui vedremo un breve cenno, mentre a livello internazionale si è affermato quello

che il Sistema di Classificazione Unificato USCS.

Fattore comune a entrambi i metodi di classificazione è l’analisi della composizione

granulometrica del terreno. La terra risulta quindi divisa in frazioni granulometriche

ognuna con un diametro massimo e un diametro minimo dei granuli tale suddivisione

avviene tramite un analisi granulometrica tramite vagliatura meccanica e sedimentazione.

Il sistema di classificazione UNI prevede la suddivisione di un terreno in 7 gruppi principali

(A1 – A7) in base a granulometria e ai limiti di consistenza, con un gruppo aggiuntivo A8

per terreni ad alto contenuto di materiale organico. Ottenendo due macrofamiglie: le

terre granulari (A1 – A3) e le terre fini (A4 – A7).

Il Sistema di Classificazione Unificato delle Terre U.S.C.S. invece prevede la suddivisione

delle terre in tre gruppi:

• Terre organiche

• Terre grosse: con più del 50% trattenuto al setaccio N200 ASTM, suddivise in

Ghiaie (G) e Sabbie (S) in base al setaccio N4 ASTM, sabbie se il passante è

maggiore del 50% o ghiaie in caso opposto.

• Terre fini: con più del 50% passante al setaccio N200 ASTM, suddivise in Limi (L) e

Argille (C) attraverso la carta di plasticità

Inoltre sono presenti ulteriori suddivisioni in funzione della forma della curva

granulometrica attraverso il coefficiente di uniformità Cu e il coefficiente di curvatura Ce. 5

3. Classificazione del terreno tramite ASTM D2487

– 17

Come detto precedentemente al fine di classificare il terreno andremo ad utilizzare un

procedura discussa all’interno degli standard ASTM, in particolare ci rifacciamo allo

standard ASTM D2487 – 17 “Classification of Soil for Engineering Purpose”, che descrive

un sistema per classificare i minerali e i terreni organo minerali per scopi ingegneristici

basati su determinazione in laboratorio delle caratteristiche granulometriche, limite

liquido e indice di plasticità.

Questo standard è la versione ASTM del Sistema di Classificazione dei Terreni Unificato

(U.S.C.S.). La base per lo schema di classificazione è l’Airfield Classification System

sviluppato da A. Casagrande nei primi anni 40 del novecento che poi divenne noto come

Unified Soils Classification System in seguito all’adozione di tale metodo da parte di

numerosi governi degli U.S.A..

3.1 Terminologia all’ interno della procedura

• Argille: terreno passante al setaccio n. 200 (75 μm) che mostra una buona

resistenza quando asciutto.

• Ghiaia: particelle minerali che passano al setaccio da 3 pollici (75 mm) e trattenuta

al setaccio n. 4 (4.75) con la seguente suddivisione : Grossa se passante al setaccio

da 3 pollici (75 mm) e trattenuta al setaccio da ¾ di pollice (19 mm); Fine se

passante al setaccio da ¾ di pollice (19 mm) e trattenuta al setaccio n.4 (4.75 mm)

• Argilla organica: un argilla con un contenuto organico sufficiente a influenzarne le

proprietà, ai fini della classificazione la si considera comunque un argilla eccetto

che il valore del limite liquido dopo l’asciugatura in forno è meno del 75% del suo

limite liquido prima dell’asciugatura.

• Limo organico: un limo con un contenuto organico sufficiente a influenzarne le

proprietà, ai fini della classificazione la si considera comunque un limo eccetto che

il valore del limite liquido dopo l’asciugatura in forno è meno del 75% del suo

limite liquido prima dell’asciugatura.

• Torba: composta da tessuto vegetale in vari stati di decomposizione solitamente

con un odore organico con un colore dal marrone scuro al nero.

• Sabbia: particelle minerali passanti al setaccio n.4 (4.75 mm) e trattenute al

setaccio n.200 (75 μm) con la seguente suddivisione: Grossa se passante al

setaccio n.4 (4.75 mm) e trattenuta al setaccio n.10 (2.00 mm); Media se passante

al setaccio n.10 (2.00 mm) e trattenuta al setaccio n.40 (425 μm); Fine se passante

al setaccio n.40 (475 μm) e trattenuta al setaccio n.200 (75 μm).

• Limo: terra passante al setaccio n.200 (75 μm) non plastica o molto poco plastica e

che mostra poca o nulla resistenza quando asciutta. Ai fine della classificazione il

6

limo è un terreno a grana fine, o un porzione del terreno a grana fine, con un

indice di plasticità minore di 4 o se nella carta indice di plasticità-limite liquido

cade al di sotto della linea “A”. 2

( )

30

• ,

Coefficiente di curvatura “Cc”: è il rapporto dove sono la

10 30 60

×

10 60

dimensione delle particelle rispettivamente corrispondenti al 10, 30, 60 del

passante cumulativo nella distribuzione della curva granulometrica.

60

•

Coefficiente di curvatura “Cc”: è il rapporto dove sono la

10 60

10

dimensione delle particelle rispettivamente corrispondenti al 10, 30, 60 percento

del passante cumulativo nella distribuzione della curva granulometrica. 7

3.2 Diagrammi per la classificazione e Carta di plasticità

Riporto i diagrammi di flusso e la carta di plasticità utilizzata ai fini della classificazione

Figura 3.1, diagramma di flusso per la classificazione di terreni a grana grossa (Sabbia e

Ghiaia), fonte ASTM D2487 – 17 8

Figura 3.2, diagramma di flusso per la classificazione di terreni a grana fine (Argille e Limi),

fonte ASTM D2487 – 17 9

Figura 3.3, Carta di plasticità per la classificazione dei terreni fini, fonte ASTM D2487 – 17

10

3.3 Procedura

All’interno dello standard sono presenti due procedure distinte, una per i terrenti a grana

fine ossia con più del 50% passante al setaccio n.200 (75 μm) e una per i terreni a grana

grossa ossia con più del 50% trattenuto al setaccio n.200 (75 μm).

3.3.1 Procedura per terreni a grana fine

Il terreno è considerato Argilla inorganica se la sua posizione nella carta di plasticità ricade

al di sopra della linea “A”, l’indice di plasticità è maggiore di 4 e la presenza di materiale

organico non influisce sul limite liquido.

Considero dunque il terreno Argilla “magra” (CL) se il limite liquido è minore di 50, lo

considero invece Argilla “grassa” (CH) se il limite liquido è pari o maggiore di 50.

Classifico un terreno come Argilla limosa (CL-ML) se la sua posizione nella carta di

plasticità ricade al di sopra della linea “A”, l’indice di plasticità è minore di 4 e la presenza

di materiale organico non influisce sul limite liquido.

Il terreno è un Limo inorganico se la sua posizione nella carta di plasticità ricade al di sotto

della linea “A”, l’indice di plasticità è minore di 4 e la presenza di materiale organico non

influisce sul limite liquido.

Se il limite liquido è minore di 50 considero il terreno un Limo (ML).

Se il limite liquido è pari o maggiore di 50 considero il terreno come Limo elastico (MH).

Il terreno è considerato un Argilla o un Limo organico se il materiale organico influenza il

limite liquido. Nel caso in cui il terreno abbia un colore scuro e un odore organico quando

umido, bisogna determinare un secondo limite liquido su del materiale precedentemente

asciugato in forno a 110 ± 5° a massa costante. Se valore del limite liquido così ottenuto è

minore del 75% del limite liquido del campione originale allora classifico il terreno come

Limo organico o Argilla organico.

Nel caso in cui la riduzione del limite liquido è minore del 50% allora:

• Il terreno è un Limo organico (OL) se la sua posizione nella carta di plasticità ricade

al di sotto della linea “A” o se l’indice di plasticità è minore di 4 .

• Il terreno è considerato Argilla organica (OL) se la sua posizione nella carta di

plasticità ricade al di sopra della linea “A” o se l’indice di plasticità è pari o

maggiore di 4. 11

Nel caso in cui la riduzione del limite liquido è maggiore o pari del 50% allora:

• Il terreno è un Limo organico (OH) se la sua posizione nella carta di plasticità ricade

al di sotto della linea “A”.

• Il terreno è considerato Argilla organica (OH) se la sua posizione nella carta di

plasticità ricade al di sopra della linea “A”.

Se meno del 30% ma più del 15% del campione è trattenuto al setaccio n.200 (75 μm)

allora la parola “con sabbia” o “con ghiaia” deve essere aggiunta al nome del gruppo.

Se più del 30% del campione è trattenuto al setaccio n.200 (75 μm) la parola “sabbioso” o

“ghiaioso” deve essere aggiunta al nome del gruppo. Nel caso in cui il trattenuto al

setaccio n.200 (75 μm) sia prevalentemente sabbia si aggiunge “sabbioso” se

prevalentemente ghiaia si aggiunge “ghiaioso”. 12

3.3.2 Procedura per terreni a grana grossa

Come abbiamo già visto i terreni a grana grossa sono suddivisi in sabbie e ghiaie , dove in