Costruzioni di strade

FORMAZIONE DEL CORPO STRADALE E SOTTOFONDO

CLASSIFICAZIONE ED ACCETTAZIONE DELLE TERRE

LE TERRE

+ TERRA roccia sciolta o frammentaria, cioè incoerente per natura o che diviene tale in

à

− seguito a più o meno prolungato contatto con acqua. I singoli frammenti possono avere dimensioni

da qualche decimetro alla frazione di micron.

TERRENO roccia, sciolta o lapidea, considerata nel suo ambiente naturale; Grani o granuli: le

à

− singole parti solide di una terra, separabili senza frantumazione.

SOTTOFONDO (terreno di) terreno sul quale è poggiata la soprastruttura e più direttamente

à

− interessato dall’azione dei carichi esterni da questa trasmessi; può essere formato da:

terreno di scavo (sezioni in trincea)

• terre di riporto (sezioni in rilevato)

•

PROVENIENZA DELLE TERRE:

+ SCAVI ALL’INTERNO DEL CANTIERE

− CAVE DI PRESTITO

− PROCEDURA DI IMPIEGO:

+

1. Determinazione delle proprietà geotecniche appropriate.

2. Raggruppamento in classi di caratteristiche omogenee ed in linea con quelle che l’opera deve

possedere e mantenere nel tempo:

A - ACCETTAZIONE

B - TRATTAMENTO ED ACCETTAZIONE

C - RIFIUTO

3. Adozione di tecniche di impiego (mezzi e modalità di esecuzione) corrette.

RELAZIONI TRA LE FASI E PROPRIETÀ INDICE

+

Le terre sono mezzi multifase:

GRANULI SOLIDI

• ACQUA

• ARIA

•

IL CONTENUTO D’ACQUA (UMIDITÀ)

+ M W

W= V S

M = massa dell’acqua

• W

M = massa solidi

• S

[W ] = [−] è adimensionale, comunemente espresso in %

• MASSA VOLUMICA “REALE” (O DEI SOLIDI)

+ M S

=

V S

M = massa solidi

• S

V = volume dei solidi

• S

[γ ] = [M ] / [V ]

• r 3 3

valore tipico 2.70g/cm ; 2700kg/m

à

− Si misura con il metodo del picnometro

• Il materiale dev’essere ridotto in polvere per eliminare tutti i vuoti interni ai granuli.

• MASSA VOLUMICA “APPARENTE” TOTALE

+ M t

γ = V t

M = massa totale della terra (M + M )

• t s W

V = volume totale della terra (V + V + V )

• t s w a

[γ] = [M] / [V]

•

Per la determinazione pratica:

Si prepara un campione utilizzando una fustella di dimensioni note, (è noto quindi il volume V)

• La massa si ottiene con una semplice pesata.

• MASSA VOLUMICA “APPARENTE” DEL SECCO

+ M S

=

V t

M = massa solidi

• S

V = volume totale della terra

• t

E’ una misura di quanti solidi ci sono all’interno di un volume unitario.

• E’ impiegata per valuta il grado di addensamento di terra.

• !

! !

! !

! !

! ! !

= = = =

Può essere calcolata à

• ! ! ! ! ! !

! ! ! !

!

! ! !

! !

E’ quindi necessaria la determinazione congiunta di:

− » γ = massa volumica totale

» W = contenuto d’acqua

ALTRE DEFINIZIONI UTILI

+ LA COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA DI UNA TERRA

+ La distribuzione delle dimensioni dei granuli è un’importante caratteristica delle terre e ne

− condiziona molte proprietà ingegneristiche.

La terra è suddivisa in frazioni contenenti elementi di dimensione caratteristica (D) compresa tra

− due valori fissati (frazioni granulometriche).

Consiste nel suddividere il classi le varie dimensioni del campione.

− La suddivisione è effettuata con una analisi granulometrica:

− VAGLIATURA meccanica per D > 0, 063mm

• SEDIMENTAZIONE per D < 0, 063mm

•

Ciascuna frazione granulometrica è caratterizzata dalla propria massa (secca), in rapporto alla

− massa (secca) totale.

ANALISI GRANULOMETRICA MEDIANTE VAGLIATURA MECCANICA

+

Si utilizzano 2 tipi di vagli:

CRIVELLI ha la forma dei FORI CIRCOLARI

à

• SETACCI ha la forma dei FORI QUADRATA. Oggi la norma ci obbliga a usare i setacci.

à

•

SERIE UNIFICATE (SETACCI)

+ L’utente decide quanti setacci utilizzare.

− Più setacci si usano più l’analisi è precisa.

− Alla base del setaccio c’è un fondello che raccoglie tutto il materiale < 0,063mm (Norme UNI, BS,

− AFNOR) o < 0,075mm (Norme ASTM), perché sotto questa dimensione a noi non ci interessa.

SERIE UNIFICATA UNI (CRIVELLI E SETACCI)

+ VAGLIATURA MECCANICA PROCEDURA

à

+ La vagliatura può avvenire per via secca o per via umida.

− Per via UMIDA prima della vagliatura il materiale deve essere “lavato” (immerso in

à

− acqua)facilitando la separazione tra le particelle più fini e quelle più grandi. Si usa questa tecnica

quando abbiamo un materiale molto polveroso.

1. CAMPIONAMENTO (IN SITO)

2. QUARTATURA (PORZIONE DI PROVA) si mescola il

à

materiale per avere una porzione di prova, intorno ai 2kg di

materiale servono.

3. ESSICCAZIONE (105/110°C) nel forno per togliere l’umidità

à

naturale del materiale.

4. MASSA INIZIALE (M)

5. SEPARAZIONE

6. LAVAGGIO immersione in acqua.

à

7. ESSICCAZIONE nel forno.

à

8. NB. PROCEDENDO PER VIA SECCA (materiale non è

polveroso) SALTARE I PUNTI DAL 4 AL 7.

9. VAGLIATURA MECCANICA con pila di setacci e con il

à

VIBROVAGLIO, la pila di setacci viene fatta vibrare. Al termine

avremo del materiale presente in ogni setaccio, in base alle

dimensioni dei granuli, così siamo in grado di determinare una

classe granulometrica (n setacci = n classi).

10. MASSA TRATTENUTI (m )

i

11. ELABORAZIONE

à

VAGLIATURA MECCANICA ELABORAZIONE

+ VAGLIATURA MECCANICA CURVE GRANULOMETRICHE

à

+ GRANULOMETRIA DELLA FRAZIONE FINE (D < 0,063mm)

+ CURVE GRANULOMETRICHE

+ 3 tipologie di curve:

−

A - UNIFORME monogranulare (poche classi granulometriche)

à

B - BEN GRADATA garantiscono un buon addensamento e quindi buona resistenza meccanica.

à

C - DISCONTINUA granulometrie mal assortite

à

E’ importante conoscere queste curve perché ci serve per sapere l’addensamento del terreno.

− fornisce una misura dell’OMOGENEITA’ della terra.

à fornisce informazioni in merito alla CORRETTA

à

GRADAZIONE della curva granulometrica.

Valori dei coefficienti di uniformità e curvatura per la definizione della forma delle curve

− granulometriche (UNIEN ISO 14688-2)

CLASSIFICA BASATA SULLA GRANULOMETRIA: MIT

+ - ARGILLA: 19%

- LIMO: 44%

- SABBIA: 23%

- GHIAIA: 14%

CLASSIFICA BASATA SULLA GRANULOMETRIA CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche

à

+ Italiano)

CIOTTOLO o PIETRA Frazione di una terra di dimensioni maggiori di 71 mm (trattenuta cioè

à

− dal crivello 71mm) costituita da elementi a spigoli arrotondati (ciottoli) o a spigoli vivi (pietre).

à

GHIAIA o BRECCIA Frazione di una terra compresa fra 71mm e 25mm (passante cioè al

− crivello 71mm e trattenuta dal crivello 25mm) costituita da elementi a spigoli arrotondati (ghiaia) o

a spigoli vivi (breccia). à

GHIAIETTO o BRECCETTA Frazione compresa fra 25mm e 10mm.

− à

GHIAINO o BRECCIOLINO Frazione compresa fra 10mm e 2mm.

− à

SABBIA Frazione compresa fra 2mm e 0,05mm

− à

LIMO Frazione compresa fra 0,05 mm e 0,005mm.

− à

ARGILLA Frazione avente dimensioni minori di 0,005mm

− LA FRAZIONE FINE (D < 0,063mm)

+

La frazione fine pu`o contenere minerali argillosi in grado di adsorbire acqua sulla loro superficie per

la presenza di forze molecolari non bilanciate (cariche elettriche negative in eccesso, per questo

assorbono acqua).

Lo spessore della pellicola d’acqua influenza la mutua attrazione fra le particelle e permette lo

• scorrimento reciproco.

Aumentando lo spessore dello strato l’acqua diviene libera.

• Il contenuto d’acqua libera determina lo stato fisico delle terre fini.

•

LO STATO FISICO DELLE TERRE FINI

+ Le terre fini possono esistere in 4 stati fisici, in funzione del contenuto d’acqua:

− I valori di W che segnano il passaggio tra i vari stati sono detti LIMITI DI CONSISTENZA o di

− ATTERBERG.

W = valore di acqua libera.

− Possono essere individuati con semplici prove di tipo empirico che si eseguono sulla frazione

− P0,425mm = P40ASTM

IL LIMITE LIQUIDO

+ Si determina con un dispositivo sperimentale standardizzato il cucchiaio di Casagrande

à

− Fissato W , si determina il numero di colpi necessario per ottenere la chiusura di un solco di

− geometria standard, per una fissata larghezza. Determinato il solco, il cucchiaio

viene fatto scuotere per n volte fino a

quando non si chiude per una fissata

larghezza, di solito 13mm.

Terminata la prova si determina il

numero di colpi n che sono stati

necessari a far chiudere il solco.

Il numero di colpi n dipende dalla

consistenza del materiale.

Si effettuano 4 determinazioni costruendo una curva W – N colpi

− Costruita la CURVA DI LIQUIDITA’ entriamo in tabella con un muero di 25 colpi e determiniamo

− l’umidità e di conseguenza W .

L

Il limite liquido (W ) è il contenuto d’acqua corrispondente a 25 colpi

− L

Il limite liquido può essere ottenuto anche con una prova PENETROMETRICA (fall cone).

− Il CONO PENETROMENTICO (con un determinato peso specifico e con un foro sulla punta) viene

− fatto penetrare, per gravità, nel terreno presente nel recipiente (il terreno viene preparato con

diversi quantitativi d’acqua).

Dopo 4-5 ripetizioni è possibile costruire la curva di liquidità.

− La differenza con l’altro metodo è che sulle ordinate viene riportato il valore dell’AFFONDAMETO.

− Si entra in tabella con un valore penetrometrico di:

− 20mm con un cono di 80g e apertura alla punta di 30°

• 10mm con un cono di 60g e apertura alla punta di 60°

•

IL LIMITE PLASTICO

+ E’ il contenuto d’acqua al quale un “bastoncino” cilindrico di terra, con diametro 3mm, inizia a

− screpolarsi.

In base al livello di acqua del materiale si fanno dei bastoncini a mano. Quando il materiale con un

− determinato contenuto d’acqua inizia a screpolarsi mentre viene fatto il bastoncino, in quel

momento determiniamo il LIMIT PLASTICO.

Meno acqua c’è più si fessurano facilmente.

− IL LIMITE DI RITIRO

+ E’ il contenuto d’acqua che la terra avrebbe al volume minimo raggiunto per essiccazione,

− considerando i pori completamente riempiti d’acqua.

Fornisce una misura della capacità di rigonfiamento della terra.

− PLASTICITÀ attitudine del materiale a essere plasmato

à

+ INDICE DI CONSISTENZA E LIQUIDITÀ

+ ci da indicazioni sulle condizioni operative di cantiere.

à

CLASSIFICAZIONE DELLE TERRE

+ La classificazione si effettua con criteri orientati alla valutazione preventiva del comportamento

− delle terre come materiale da costruzione in particolare per le costruzioni stradali!

à

Le terre sono suddivise in classi:

− le terre appartenenti ad una specifica classe hanno comportamento e proprietà

• geomeccaniche analoghe per l’impiego previsto (ingegneristiche, stradali).

l’appartenenza di un terreno ad una classe pu`o essere stabilita con prove semplici e poco

• costose. à

Le classifiche che utilizzeremo fanno riferimento a parametri caratteristici della terre non

− dipendenti, dunque, dallo stato del terreno (addensamento, umidita), dalle condizioni di

sollecitazione e dalle condizioni ambientali.

Il riconoscimento delle terre e la loro classificazione in gruppi permette:

− in fase di progetto di valutare:

•

» gli oneri connessi con i lavori di movimenti di terra (materiali da impiegare, tempi di esecuzione,

stima dei costi dei lavori).

» gli oneri derivanti dalla necessità di ottenere le prestazioni da prescrivere nel Capitolato.

in fase di costruzione di:

•

» stabilire puntualmente l’accettabilità dei materiali provenienti dagli scavi o dalle cave di prestito.

» definire le tecniche (modalità e mezzi) più appropriate per la corretta esecuzione dei lavori.

INDICE DI GRUPPO

+ I > 8 terreni con scarsa resistenza e scarsa qualità.

à

− g

I < 4 terreni idonei per il rilevato.

à

− g

I = 0 materiali per sottofondi (da eccellenti a buoni).

à

− g CLASSIFICA UNI 11531-1

+

Deriva da quella americana elaborata dall’Highway Research Board (HRB) ed adottata anche

− dall’American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).

Suddivide le terre in 7 gruppi principali (A1 – A7) in base a:

− GRANULOMETRIA P2mm , P0,4mm , P0,063mm

à

• à

LIMITI DI CONSISTENZA W , I (suscettibilità all’acqua)

• L P

esiste anche un gruppo A8 per le terre con elevato contenuto di sostanze organiche e le torbe

• (= non idonee per realizzare le strade).

GRUPPI (A1 – A3) TERRE GHIAIO-SABBIOSE

à

GRUPPI (A4 – A7) TERRE LIMO-ARGILLOSE

à Scarse proprietà

meccaniche per

la suscettibilità

all’acqua.

ESEMPIO Ci dice che non può far parte al

macrogruppo (A4 – A7) perché il

passante al setaccio è > 35%

Da questo materiale si prende un

campione e si passa al setaccio P 0,425mm

per trovare i limiti di consistenza.

CLASSIFICA UNIFICATA (U.S.C.S. Unified Soil Classification System)

+

Utilizzato per la geotecnica, ma con piccole modifiche può essere usato anche in ambito stradale

TERRE GROSSE più del 50% di trattenuto al setaccio N. 200 ASTM (DN 75micron)

à

− suddivise in GHIAIE (G) o SABBIE (S) in base al passante al setaccio 4 ASTM (4,76mm)

• ulteriormente suddivise in base alla granulometria (C ,C )

• u c

TERRE FINI più del 50% di passante al setaccio N. 200 ASTM

à

− suddivise in LIMI (M) o ARGILLE (C) di diversa plasticità

• si utilizza la carta di plasticità

•

TERRE ORGANICHE (Pt): costituite fondamentalmente da materia organica fibrosa e torbe

− (identificazione mediante analisi visiva e variazione del W ).

L

TERRE GROSSE

TERRE FINI

à

Linea “A” divide i LIMI dalle ARGILLE.

− à

Linea “U” delimita superiormente la regione delle condizioni di plasticità realistiche per una

− terra, in funzione del limite liquido W assunto.

L

L 1° GRUPPO / H 2° GRUPPO

à à

− Nel tratto delle ordinate 4-7 non è possibile distinguere CL e ML perciò i materiali che ricadono in

− quel tratto sono classificato CL-ML.

Caratteristiche di impiego in tecnica stradale TERRE GRANULARI

à

+ Caratteristiche di impiego in tecnica stradale TERRE FINI

à

+ Confronto classifica USCS vs. classifica UNI

+

FORMAZIONE DEL CORPO STRADALE E SOTTOFONDO

IL COSTIPAMENTO DELLE TERRE

IL COSTIPAMENTO

+ E’ il sistema più semplice di miglioramento (stabilizzazione meccanica) delle caratteristiche

− meccaniche delle terre.

Tecnica volta a promuovere l’addensamento (avvicinamento ed incastro tra i granuli) del terreno

− mediante l’applicazione di forze esterne.

Togliamo la maggior parte di aria nel terreno.

− OBIETTIVI:

− Riduzione dei cedimenti dovuti ai carichi (statici e dinamici) e alle azioni ambientali durante

• l’esercizio della strada.

Aumento della resistenza al taglio.

• Riduzione della permeabilità.

•

VARIABILI (il costipamento dipende da tanti fattori):

− Tipo di materiale

• Tecnica di costipamento

• Energia di costipamento

• Contenuto d’acqua

•

VALUTAZIONE DELL’ADDENSAMENTO

+ γ γ γ

M M

s s r r r

Massa volumica del secco → γ = = = = =

s V M γ

V V +V W γ

w w

t s v r

1+ 1+ r

1+

S V S M γ

r s S γ

r s w r w

M s =

γ = massa volumica reale, fissato il tipo di materiale è nota e costante

r V s

V = volume dei vuoti

v M w

W = = umidità del campione, è costante

M s

γ dipende dal grado di saturazione (S ) del materiale:

− s r

se S = 1 (100%) vuol dire che tutti i vuoti sono occupati da acqua.

• r

se S < 1, γ tende a diminuire e questo dipende dalla presenza dell’aria.

• r s

γ è il parametro utilizzato per misurare l’addensamento del terreno.

− s

INFLUENZA DEL CONTENUTO DELL’ACQUA

+ Un contenuto basso o alto

d’acqua riduce l’efficacia

del costipamento.

INFLUENZA DEL CONTENUTO D’ACQUA INFLUENZA DELL’ENERGIA DI COSTIPAMENTO

INFLUENZA DEL TIPO DI TERRA

CURVE QUASI

LINEARI CON PICCHI

ALLE ESTREMITA’

- Alta massa e basso

contenuto d’acqua. CURVE A CAMPANA

- Bassa massa e alto

contenuto d’acqua.

LA PROVA DI PROCTOR

+ Modalità di costipamento fissate:

− Energia di costipamento fissate, 2 MODALITA’, si scelgono in base all’addensamento che

− vogliamo ottenere:

energia STANDARD (rifer