Elementi di geotecnica

Distribuzione granulometrica:

TERRENI E CLASSIFICAZIONE: Terreni incoerenti

è il materiale naturale, costituito da aggregati di Assortita Uniforme

Il terreno

granuli non legati tra loro. Possono separarsi con elevate

sollecitazioni oppure al contatto dell’acqua.

è un aggregato di minerali, che ha una coesione

La roccia

elevata anche dopo un prolungato contatto con l’acqua. Terreni grana grossa Massimo Minimo

Perciò al contatto con l’acqua: se si scioglie si parlerà di addensamento addensamento

roccia sciolta, altrimenti di roccia lapidea.

ha consistenze variabili e questo dipende dal

L’argilla

contenuto di acqua. Se l’acqua è elevata allora risulterà Terreni a grana fina

essere liquida, se il contenuto di acqua è minore allora (granuli attivi):

risulterà solido

Le sono visibili:

dimensioni dei granuli

occhio nudo sono d>0.1 mm.

· È importante i terreni per

identificare e classificare

Microscopio ottico 1μm<d<0.01mm

· individuare classi di comportamento. Identificare, significa

Microscopio elettronico d<1μm

· descriverne l’aspetto e osservare il comportamento in prove

semplici. Classificare, significa dividere il terreno in classi

I principiali termini per descrivere un terreno sono: nella quale si riscontra un comportamento omogeneo

ciottoli Massi/sassi

argilla limo sabbia ghiaia (meccanico).

0.002 mm 0.06 mm 2 mm 60 mm 20 cm >20 cm

I terreni naturali sono una miscela di questi. I limi e le argille

sono definiti terreni a grana fina, denominate anche coesivi Proprietà fisiche:

perché presentano una resistenza a trazione. Mentre sabbia natura e dimensioni dei granuli

Composizione del terreno:

e ghiaia sono definiti incoerenti perché hanno resistenza a (composizione granulometrica, peso specifico,

trazione sempre nulla. caratteristiche di plasticità)

rapporti tra pieni, vuoti e la presenza di acqua

Struttura:

sono

I terreni a grana fina: minerali argillosi (fillosilicati) di volume, contenuto di acqua

negli interstizi (peso dell’unità

costituiti da 2 unità strutturali: tetraedro di silicio e ottaedro ecc).

di alluminio (o magnesio). Hanno uno sviluppo planeare.

Il caolino è Terreni sono mezzi polifase costituiti da una fase solida,

costituito da liquida e gassosa. Si introducono grandezze definite in

tetraedri alternati terreni di Rapporti tra i volumi delle fasi, Rapporti tra i pesi

da ottadreti tramite delle fasi, Rapporti tra i volumi e i pesi delle fasi.

un collegamento

molto forte,

l’ossigeno. Quindi:

L’illite è costituito +V

V= V

s v

da un ottaedro alternati tra due tetraedri, sono uniti da ioni V = V +V

v a v

K+ (ione positivo netto). Il Montmorillonite è costituito da P= P +P

w s

uno strato ottaedrico alternato tra 2 strati tetraedrici ma = 0

P a

legati tra loro con legami deboli, l’acqua.

Il montomorrilonite è un materiale di ostruzione pessimo,

nell’acqua si scioglie ma resta ugualmente solido.

Più è piccola la dimensione e più è grande la superficie RAPPORTI TRA I VOLUMI:

specifica (es. montomorillonite ha una dimensione di %&'

indice dei vuoti: e=

·

#

! " %(

-6

10 mm; la sua massa è di circa 9 g: S = = 800 circa un

sp > V si avrà un e elevato (e>1) = terreno sciolto

se V

" $ v s (min addens)

campo da calcio). se V < V si avrà un e elevato (e<1) = terreno addensato

v s (mass)

%)

grado si saturazione: Sr(%)= ·100

· %&

Una particella di argilla è caricata positivamente sul bordo e allora Sr=100% terreno saturo

Se W=V à

w

negativamente sulla superficie. si possono distinguere: Se V =0 allora Sr=0 terreno asciutto

à

w

la sua dimensione massima è superiore a

granuli inattivi: Densità relativa (per terreni a grana grossa)

·

0.002 mm, sono privi di carica superficiale. Interagiscono tra *"+,-*

D (%)= ·100

r

loro e con l’acqua solo per forza di gravità. sono costituiti da *"+,-*"./

0-15 Molto sciolto

frammenti di roccia (ghiaia e sabbia rossa) e frammenti di 15-35 Sciolto Se e=e Dr= 0

à

minerali (sabbia fina). max

Se e=e

35-65 Medio Dr=1

à

la sua dimensione massima è minore di 0,002

Granuli attivi: min

65-85 Denso

è molto intensa e interagiscono

mm. L’attività superficiale 85-100 Molto denso

non solo per forza di gravità ma anche per la loro attività

superficiale. Sono costituiti da minerali argillosi (fillosilicati). EF'-E''

RAPPORTI TRA I PESI: Ic(%) = GH

01 0-0!

Contenuto di acqua: W(%)= ·100 = ·100

· In un argilla omogenea, andando in profondità tra W, WL e

0! 0!

RAPPORTI TRA I PESI E VOLUMI: Più si va in profondità e la quantità di acqua

WP chi varia?

diminuisce e quindi è più solido. Questo perché vi sono meno

peso dell’unità di volume

·

Peso campione P spazi vuoti. Mentre WL e WP non variano all’aumentare della

3

(kN/m )

g = = profondità

Volume totale V

peso dell’unità del terreno secco

· P

Peso solido Principio per determinare il limite liquido di WL:

3

s (kN/m )

g = =

d il provino di terreno: viene posto in una coppetta, suddiviso

V

Volume totale

peso specifico dei grani in 2 parti. Viene fatto rimbalzare per 25 volte ad una altezza

· di 10 mm, e si determina la chiusura del solco per la

P

Peso solido 3

s (kN/m )

g = =

s lunghezza di 13 mm. Almeno 4 ripetizioni. va registrato il

Volume solido V

s 9 numero di colpi N a cui si richiude il solco e misurato il

2 345678

perso specifico dell’acqua=9.81

· contenuto di acqua.

volume immerso

peso dell’unità di un

·

Equivale all’applicazione del principio di Archimede: un

corpo immerso in un liquido riceve una spinta verso l’alto

che equivale al peso del liquido spostato, uguale al volume

:

= V ·

del corpo. F P’= P-;

w 1 1

quindi: D

C@

>? > A ;B > A C@ · : > · :

D

1 1

<

: = =' =' = A' Principio per determinazione del liquido plastico

@

@ @ @

@ I limite plastico è convenzionalmente fissato dal contenuto

>

= ' · : ''''' = ': A : ' del quale un provino di

d’acqua Wp in corrispondenza

1 1

@ terreno, ridotto in mastoncini fatti arrotolare sotto il palmo

della mano su una superficie liscia cominacia a fessurarsi ad

Il peso specifico dei granuli, il contenuto dell’acqua, il peso un diametro di 3 mm

dell’unità di volume sono direttamente determinabili in

laboratorio con prove specifiche. Le altre grandezze vanno

ricavate dalle prime 3 con alcune relazioni analitiche

Indice dei vuoti

· Il peso del volume del secco:

· CLASSIFICAZIONE GRANULOMETRICA:

serve a determinare la dimensione delle particelle che

3

= compongono un campione di terreno e stabilire le

3KB

B

J percentuali in peso delle varie frazioni granulometriche:

>I terreno a grana grossa: vagliatura meccanica

·

Condizioni di saturazione

· terreno a grana fina: sedimentazione

·

il materiale essiccato è posto su una pila di setacci a maglie

di dimensione decrescente, agitata da una macchina

vibrante. Per dimensione di determina il peso del trattenuto

e del passante.

CARATTERISTICA DI PLASTICITA’ DEI TERRENI A GRANA

FINA:

Quanto più un’argilla è attiva dal punto di vista chimico-

fisico tanto più grande è la quantità di acqua libera che può

trattenere. si può perciò indirettamente riconoscere la

costituzione mineralogica di una terra argillosa misurando il

in condizioni fisiche precisamente

contenuto d’acqua

definite. Il contenuto di acqua influenza il comportamento La velocità di sedimentazione delle particelle dipende dal

meccanico: diametro delle particelle, dalla viscosità del fluido e dal

-W

Ip (%)= W

L P rapporto tra le loro densità (legge di stokess)

0-3 Non è plastico Il materiale viene posto in un recipiente contenente acqua e

3-15 Bassa plasticità

15-30 Media plasticità deflocculante. Attraverso un densimetro tarato si misura la

>30 Alta plasticità variazione di densità della miscela dalla quale si risale alla

velocità di sedimentazione. la pendenza piezometrica è

L’ACQUA NEL TERRENO

Più si va in profondità, rispetto la superficie del suolo, i la perdita di carico per

QR

terreni naturali sono saturi: i=

unità di lunghezza S

si può trovare in due condizioni:

l’acqua nel terreno

condizioni idrostatica in quiete o in condizioni idrodinamica

in movimento.

Se ci troviamo in condizioni di moto, il flusso può essere:

stazionario, parametri del moto costanti nel tempo; la

· quantità di acqua è pari a quella uscente.

Non stazionario, variabile nel tempo. L’acqua entrante è

· diversa da quella uscente: varia nel tempo il contenuto

di acqua, e se parliamo di terreno saturo questo

fenomeno è associato alla variazione di volume dei vuoti

(fenomeno della consolidazione).

Acqua in quiete: LEGGE DI DARCY (FILTRAZIONE MONODIMENSIONALE)

le pressioni dell’acqua cresce aumentando la profondità. La La portata per unità di

pressione dell’acqua è una pressione relativa valutata

rispetto alla pressione atmosferica. U=Pa=0 superficie (velocità

Vi possono essere 3 diverse situazioni di acqua in quite in un apparente) è

terreno saturo: direttamente

1. pelo libero al di sotto del piano campagna, proporzionale alla

2. pelo libero al di sopra del piano campagna perdita di carico e

3. inversamente

pelo libero dell’acqua al di sopra del piano campagna proporzionale alla

lunghezza del percorso

considerato:

T R"-RO

v= = K v= k·i

à

S

U

v è la velocità di filtrazione rappresenta la velocità media

che il fluido avrebbe se attraversasse l’intera sezione di

area del provino intesa come vuoti + pieni: è quindi una

velocità fittizia (apparente). In realtà la velocità reale del

Si definisce la quantità:

La quota piezometrica fluido si ottiene dividendo la portata per l’effettiva sezione

rappresenta l’energia che h= Ꝣ+ di filtrazione (solo vuoti) (=A*=fittizia)

possiede l’acqua soggetto quota geometrica,

Ꝣ

ad una certa pressione. In rispetto ad un piano k è il coefficiente di permeabilità: tiene conto della

condizioni idrostatiche in arbitrario di riferimento resistenza che il terreno oppone al passaggio dell’acqua

quiete la quota L attraverso gli interstizi dello scheletro solido. Dipende dalla

altezza di pressione

M

piezometrica è costante N dimensione degli interstizi e quindi dalle dimensioni

dell’acqua.

(h =h ).

a b capillarità:

In condizioni di moto (filtrazione) è il fenomeno per cui l’acqua soggetta alla tensione

Il comportamento di acqua nel terreno è regolato dalle leggi superficiale ed alle forze di attrazione con i materiali

particella

idrauliche. L’energia meccanica associata ad una presenti è sottoposta ad una forza la cui risultante si

liquida di peso unitario può esser