Appunti geotecnica parte 1

Meccanica delle Terre

Classificazione delle terre (2)

ClassificazioneCon il termine classificare si intende suddividere una popolazione in gruppi omogenei per quanto attiene una proprietà o una caratteristicaDiverse classificazione di terre e rocce:

• Geologica: in funzione dell'origine delle rocce e delle terre (rocce ignee, metamorfiche, sedimentarie)
• Geotecnica: finalizzate alle proprietà meccaniche (permeabilità, resistenza a rottura, deformabilità)

La classificazione geotecnica serve a raggruppare terreni in classi con comportamento meccanico omogeneo e serve da guida nella risoluzione di problemi geotecnici

Classificazione Geotecnica

Prima distinzione

• Rocce: materiali della crosta terrestre composti da uno o più minerali fortemente legati tra loro
• Terre (o terreni): meteriali costituiti da un insieme di particelle o granuli non legati tra loro o leggermente legati tra loro

Definizione di Terzaghi e PeckI terreni sono aggregati di grani minerali che possono essere separati con moderate azione meccanica, ad esempio, con agitazione in acqua. Le rocce, d'altra parte, sono un insieme di minerali legati tra loro da legami forti o permanenti.Poiché i termini forte e permanente sono soggetti a differenti interpretazioni, il confine tra terreni e rocce è necessariamente arbitrario. Esiste un'ampia zona grigia

Tecniche di classificazione delle terreLa classificazione dei terreni si basa sulla determinazione effettuata con tecniche semplici delle cosidette:Proprietà indice e Proprietà fisiche di stato

Differenza tra proprietà indice e di statoProprietà indice = proprietà intrinseche della fase solida (indipendenti dallo stato dei terreni):

• Granulometria
• Plasticità

Proprietà fisiche di stato = proprietà dell’aggregato di particelle

• Porosità, contenuto d’acqua
• Densità relativa, indice di consistenza

La determinazione di tali proprietà deve essere effettuata con tecniche più semplici di quelle necessarie per determinare le proprietà meccaniche.

Natura multifase del terrenoCome già detto il terreno è un mezzo particellare multifase costituito da: solido, liquido e gas. Possibili combinazioni:

• Solido + aria + acqua (terreno non saturo)
• Solido + aria (terreno asciutto)
• Solido + acqua (terreno saturo)

Ci concentreremo soprattutto sulle miscele bifase, ma in questa fase, per completezza, trattiamo tutte e tre le possibili combinazioni.

Peso specifico dell'acqua

Si definisce peso specifico della fase liquida o dell'acqua:

_{w = ^Pw/Vw}

Il peso specifico dell'acqua è pari generalmente a _{w = 10kN/m³}

Peso specifico della fase solida

Si definisce peso specifico della fase solida

_{s = ^Ps/Vs}

Il peso specifico della sostanza solida non varia molto al variare dei minerali

Porosità e indice di porosità

Si definisce porosità:

n = ^V_v/_V = ^V_v/_Vs = ^{V_v - V_s}/_{Vu + Vs} = ^e/_{1 + e}

Si definisce indice dei pori:

e = ^V_v/_Vs = ^V/_Vo = ^m/_{1 - m}

Sono grandezze adimensionali

Volume specifico

Si definisce volume specifico:

n = ^{V_v + V_s}/_Vs = ^{1 + e}/₁ = ¹/_{1 - m} = ^e/_{1 - m}

é anch'esso adimensionale

Porosità, indice dei pori e volume specifico

I campi di variazione teorica della porosità, dell'indice dei pori e del volume specifico sono:

0 ≤ m ≤ 1

0 ≤ e ≤ ∞

1 ≤ n ≤ ∞

La porosità può essere espressa in percentuale

In realtà, volendo garantire il contatto tra le particelle e tenendo conto della loro forma, il campo è più stretto

Porosità e indice dei pori

Per un gruppo di sfere di uguale diametro le configurazioni di maggiore e minore possibilità sono quelle in cui le particelle risultano essere oblique. Nella realtà le particelle non sono tutte uguali e quelle più piccole possono occupare i vuoti delle più grandi. Se

Granulometria dei terreni (4)

Proprietà indice e di stato

Proprietà indice = proprietà intrinseche della fase solida (indipendenti dallo stato dei terreni):

• Granulometria
• Plasticità

Proprietà fisiche di stato = proprietà dell'aggregato di particelle

• Porosità, contenuto d’acqua
• Densità relativa, indice di consistenza

Granulometria dei terreni

Distribuzione statistica delle dimensioni delle particelle

Ma a quale dimensione si fa riferimento?

Scusa per parlare di Modellazione

La conoscenza scientifica procede costruendo e analizzando modelli di parti o aspetti della realtà oggetto di studio.

Lo scopo di questi modelli non è quello di fornire una immagine fedele della realtà, non è quello di considerare tutti i suoi elementi nella loro esatta proporzione e dimensione, ma piuttosto quello di evidenziare e rendere disponibile per studi specifici quegli elementi che assumono particolare rilievo.....

Un modello è, e deve essere, non realistico, nel senso in cui questa parola è comunemente utilizzata. Ciò nondimeno se è un buon modello esso provvederà a fornire la chiave per comprendere la realtà (Wood, 1990)

Come si determina il diametro equivalente delle particelle?

Particelle con diametro equivalente hanno il lato della maglia del setaccio uguale. Si utilizzano due tecniche:

1. Analisi per vagliatura meccanica per particelle di diametro non inferiore a 0,075 mm
2. Analisi idrometrica per particelle aventi diametro inferiore a 0.075 mm

Analisi per vagliatura meccanica

Si esegue con:

• Crivelli per particelle con diametro non inferiore a 5mm
• Setacci (o Stacci) per particelle inferiori a 5 mm (ma superiori a 0.075 mm)

Esecuzione dell’analisi granulometrica per vagliatura

• Selezione dei vagli da adoperare: apertura massima superiore al diametro massimo delle particelle
• Crivelli e stacci impilati con diametro decrescente verso il basso
• Analisi su opportuna quantità di terreno
• L’analisi è condotta su un certo peso secco Ps di terreno
• Può essere condotta manualmente o con vibratori
• Può essere condotta a secco o a umido
• La misura consiste nella determinazione del peso secco Ps che si ferma su ogni vaglio

Rappresentazione dei risultati

I risultati sono riportati in uno «specchietto granulometrico» con:

• dimensioni in scala logaritmica sulle ascisse
• Percentuale del passante in peso sull’asse delle ordinate

Specchietto granulometrico

Consistenza dei terreni a grana fine

Si definisce indice di consistenza (proprietà fisica di stato), Ic:

• I_c = (W_L - W) / (W_L - W_P)

Tecniche di congelamento

Individuiamo tre diametri significativid50= corrisponde al 50% del passante (mediana)d10= 10% del passante in pesod60= 60% del passante in pesoQuanto più vicino sono d60 e d10 tanto più la curva è inclinata, viciversa più sono distanti più è estesa.

Coefficiente di uniformitàU = d₆₀ / d₁₀ ≥ 1

Al crescere di u diminuisce l'uniformità. Quale diametro da conto della permeabilità?D10 perchè la permeabilità è condizionata dai grani piccoli, in generale le parti più significative sono le code piccole, la parte più bassa della curva.