Geotecnica - Origine e struttura dei terreni

ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI

ORIGINE DEI TERRENI

• I TERRENI DERIVANO DA PROCESSI DI ALTERAZ DELLE ROCCE. ESSI POSSONO ESSERE DI 2 TIPI:

  1. FISICI: DISGREGANO LE ROCCE IN PICCOLI FRAMMENTI. ES. PROCESSI FISICI: EROSIONE ACQUE GELO, VARIAZ TEMP AZIONI PIANTE...

  2. CHIMICI: DECOMPONGONO I MINERALI DELLE ROCCE. ES. PROCESSI CHIMICI: REAZIONI CHIMICHE DEGLI ACIDI IN ACQUA E BATTERI

I FRAMMENTI SONO POI "TRASPORTATI" E "DEPOSITATI" DA: VENTO, ACQUA, GHIACCIO.

P.S.: ANCHE DURANTE IL TRASP E LA DEPOSIZ POSSIAMO AVERE PROCESSI DI ALTERAZIONE.

1. FISICI => LE PARTIC DEL TERRENO NUOVO AVRANNO LA STESSA COMPOSIZ DEL TERR. D'ORIGINE
2. CHIMICI => SI FORMANO ALTRI MATERIALI

Origine e Struttura dei Terreni

• Origine dei Terreni

I terreni derivano da processi di alteraz delle rocce. Essi possono essere di 2 tipi:

1. Fisici: disgregano le rocce in piccoli frammenti.es. processi fisici: erosione acque gelo, variaz temp azioni piante...
2. Chimici: decompongono i minerali delle rocce.es. processi chimici: reazioni chim degli acidi in acqua e batteri

I frammenti sono poi "trasportati" e "depositati" da: vento, acqua, ghiaccio.

P.S. Anche durante il trasp e la deposiz possiamo avere processi di alterazione.

1. Fisici => le partic del terreno nuovo avranno la stessa composiz del terr. d'origine
2. Chimici => si formano altri materiali

STRUTTURA TERRENI

ESISTONO 3 TIPI DI STRUTTURA NEI TERRENI:

1. MICROSTRUTTURA: RIGUARDA FORMA E DIMENS DEI GRANI, ED INFINE I LEGAMI TRA LE VARIE PARTICELLE.
2. MACROSTRUTTURA: RIGUARDA LO STUDIO SU CAMPIONI DI LABORATORIO
3. MEGASTRUTTURA: RIGUARDA FENOMENI A GRANDE SCALA (DISCONTINUITÀ, GIUNTI...)

NOI CI OCCUPEREMO DELLA MICROSTRUTTURA.

TERRENO: AGGREGATO DI PARTICELLE (SOLIDO) + ACQUA NEGLI INTERSTIZI (LIQUIDO)

TRA FASE SOLIDA E LIQUIDA ESISTONO 2 TIPI DI INTERAZ:

1. MECCANICA: DOVUTA ALLE FORZE DI MASSA
2. CHIMICA: DOVUTA ALLE FORZE DI SUPERFICIE

INFATTI OGNI GRANULO DEL TERRENO HA, SULLA SUA SUPERFICIE, CARICHE ELETTRICHE. ESSE INTERAG. CON L’ACQUA E LE ALTRE PARTICELLE. ⟹ ↓S GRANULI ↗AZ SUPERF ↗AZ VOLUME

MOLTO IMPORTANTE È QUINDI CONOSCERE LA SUPERFICIE SPECIFICA:

S_sp = _S/^M = _S/^{ρ V}

Dove:

S = Superf di un granuloM, V, ρ = Massa, Volume, Densità di un granulo

Alcuni valori tipici:

• Sabbia 10^-3 - 10^-4 m²g
• Argilla 800 m²/g

Poiché S_sp = ƒ(forma, dimens grani)

i terreni sono classificati in base a forma e dimensione dei grani.

1. Terreni a Grana Grossa:Forma sferica (più o meno) ⇒ ↓ S_spEs ghiaie / sabbie

   Il loro comportam dipende soprattutto da:

   • Dimensioni e forma
   • Assortim granulom
   • Addensam sui granuli

2. Terreni a Grana FineForma appiattita ⇒ ↑ S_spEs limi / argille

   Sono aggregati di particelle lamellari. Le unità elementari sono tetraedri (silicio al centro e ossigeno ai vertici) o ottaedri (alluminio o magnesio al centro e ossidrili ai vertici), che combinandosi formano reticoli piani.

L E COMBINAZ DEI RETICOLI ORIGINANO LE PARTI-CELLE DI ARGILLA.INOLTRE, A SECONDA DELLA FORZA TRA I LEGAMI DEI RETICOLI, LE PARTIC DI ARGILLA HANNO UN COMPORT MECCAN DIVERSO TRA LORO

FOCALIZZIAMO L'ATTENZ SULL'ARGILLA

IL SUO COMPORTAM DIPENDE DALL'INTERAZ CON L'ACQUA CHE ESSA CONTIENE.

I TETRAEDRI E OTTAEDRI CHE LA COSTITUISCONO SONO NEUTRI NEL LORO INTERNO, PERÒ HANNOCARICA POSITIVA: INTERNOCARICA NEGATIVA: ESTERNOQUESTO GENERA LEGAMI MOLTO FORTI CON L'ACQUA, LE CUI MOLECOLE SONO DIPOLARIL'ACQUA È ATTRATTA COSÌ FORTEMENTE DA DIVENTAREACQUA ADSORBITA.

MA, PIÙ CI SI ALLONTANA DALLE PARTICELLE PIÙ' I LEGAMI SONO DEBOLI, FINCHE' ESSA NON DIVENTAACQUA LIBERA (O INTERSTIZIALE)

ES;ATTRAZ ACQUA-PARTICELLEPELLICOLGRAVIFICADIST SUP PARTICELLA (µ)

P.S.

Se l'acqua che circonda le particelle è quella del mare, essa ha tanti ioni positivi.

Essi neutralizz le cariche negat sulla superficie delle particelle.

Le partic avvertiranno fra loro meno repulsione e genereranno strutture più chiuse.

Tutto il contrario nei laghi

• Relazioni tra le fasi

Ripetiamo:

Terreno = scheletro particelle solide + vuoti riempiti di acqua e aria

Separiamo le varie fasi:

• Gas
• Acqua
• Solido

V_g V_v V_w V_s V_tot

P_w P_s P_tot

Defaiansco:

1. Porosita'

   n = V_v / V_tot . 100

   n ∈ [0 : 100%]

2. Indice dei vuoti

   e = V_v / V_s

3. Volume Specifico

   v = V_tot / V_s => v = 1 + e

   e = (n / 100) / 1 - (n / 100)

4. Grado di Saturaz

   St = V_w / V_v . 100

   St ∈ [0 : 100%]

5. Contenuto Acqua *

   w = P_w / P_s . 100

6) Peso Specifico Costit Solida

_γs = P_s / V_s

7) Peso di Volume

γ = P_tot / V_tot

γ ∈ [ γ_sat ÷ γ_D]

8) Peso di Vol terreno Secco

γ_D = P_s / V_tot

Perchè γ_s ≠ γ_D? Per l'aria!

9) Peso di Volume Immerso

γ' = γ_sat - γ_w

Dove γ_w - Peso specifico acqua 9.81 kN/m³

γ_sat - Peso specif per Sr = 100%

10) Gravità Specifica

G_s = γ_s / γ_w

11) Densità Relativa

D_r = [e_max - e / e_max - e_min] 100

e_max / e_min = Max e Min stato di addensam convenz, determ sperimentalm

ES. VALORI TIPICI

• GHIAIA
• SABBIA
• LIMO
• ARGILLA

Determinaz di w:

Si mette una certa quantità di terreno in un recipiente di peso Pc. Peso terreno e recipiente (P₁)

Si mette il tutto in forno ad essiccareT = 105°Ct = ± 2 giorniRipeso dinuovo (P₂)

Ebene:

• P_w = P₁ - P₂
• P_s = P₂ - Pc
• w = [P₁ - P₂/(P₂ - Pc)] 100

COMPOSIZ GRANULOM

Questa è una proprietà indice, cioè indip dalla storia tensionale e le condiz ambient

DEL TERRENO.

LA GRANULOM E' LA DIMENS DEI GRANI E LA DISTAIB PERCENT DI TALI DIMENSIONI.LA DETERMINO CON UN'ANALISA GRANULOM

VIENE ESEGUITA PER I TERRENI A GRANA GROSSA.

1. SETACCIATURA: PER LA FRAZ PIÙ' GROSSOLANASI USANO SETACCI A MAGLIA QUADRATA DI VARIE DIMENSIONI.I SETACCI SONO DISPOSTI UNO SULL'ALTRO, CONAPERTURA DELLE MAGLIE DECRESC VERSO IL BASSO.AL DI SOTTO DELL'ULTIMO SETACCIO SI METTE UNRACCOGLITORE.

IL MATERIALE E' ESSICCATO E PESATO.POI E' POSTO NEL PRIMO SETACCIO.TUTTA LA PILA E' FATTA VIBRARE, PER FAVORIREIL PASSAGGIO DEL MATERIALE.

DOPO UN PO', DA CIASCUN SETACCIO SARA PASSA':TO IL MATEA CON DIAM INFER A QUELLO DELL'APERTURA DELLE RELATIVE MAGLIE.

PERCENTI PASSANTE AL SETACCIOi-esimo

P_Di = P_TOT - Σ P_K . 100

──────────

P_TOT MAT SOPRA AL SETACCIO CONSIDER.

I risultati sono portati in un diagramma semilogaritmico, la curva granulometrica.

Più la curva è distesa più la granulometria è assortita.

2) Setacciatura/Sedimentazione

Per il materiale più fine, e che quindi è rimasto sul fondo, (D < 0.074 mm) si usa l'analisi per sedimentazione.

Si misura la densità di una sospensione di materiale con acqua (e sostanze disperdenti che favoriscono la separazione delle particelle).

Ora, la Legge di Stokes, lega la velocità di sedimentazione al diametro della particella e alla densità della sospensione —> misurando v e ρ posso trovare

Nella curva definisco:

1. Coeff di Uniformità D_x ⇒ x%

U = D₆₀/D₁₀ ↓U ↑ Uniformità

2. Coeff di Curvatura

C = D₃₀²/(D₆₀·D₁₀)

• Limiti di Atterberg (Limiti di Consistenza)

È per terreni a grana fine.

Si vuole conoscere, per un terreno, i limiti di separaz tra stati fisici particolari.

w

• Liquido W_L = Limite liquido
• Plastico W_P = Limite plastico
• Semisolido W_S = Limite di ritiro
• Solido

Come si determinano?

1. WL: Prendo in laboratorio il cucchiaio di Casagrande

Dentro è messo un V di terreno passante al setaccio n°40 (0.42 mm). È mescolato con acqua.

Il nostro impasto è spianato su cucchiaio.

Con una spatola faccio un solco così nell'impasto

Con un dispositivo a manovella, il cucchiaio è fatto cadere ripetutam a intervalli regolari.

Si contano i colpi necess per far chiudere il solco di 13 mm. La procedura è fatta 4 o 5 volte, variando la quantità d'acqua.

Si riportano su un diagramma semilogaritmico e interpolati linearmente

N° colpi

W_L = W in corrisp del

N° di colpi 25

W_P: Impasto del terreno passante al setaccio n°40 con acqua.

Formo dei bastoncini di D 3.2 mm

I cilindretti rotolano ripetutam su una lastra di mater. poroso.

Quando si fessurano, il W è W_p.

(Di solito W_p è il valore medio di 3 prove)

• W_p: Si determina in laboratorio.

Un provino è essiccato per passi successivi,e ad ogni passo misuro V e W.Riporto tuttoin un grafico:(interpolando)

W_s è il W corrisp al punto d'incontro fra le tang.alla parte iniziale e finale della curva.

• Indici di Consistenza

1. Indice di Plasticità I_p = W_L - W_p
2. Indice di Attività I_a = I_p / C_FDove C_F: La percent con diam minore di 0,002 mm.
   • I_a ≥ 1.25 Terreni attivi
   • I_a è [1.25: 0.75] Terreni normalm attivi
   • I_a ≤ 0.75 Terreni all'inattivi
3. Indice di Liquidamento I_L = (W - W_p) / I_p
4. Indice di Consistenza I_C = (W_L - W) / I_p

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Sistemi di classificaz.

I sistemi di classificaz raggruppano i terreni in classi e stabiliscono criteri universali (ma convenzionali) di riconoscimento.

Data la grande variabilità di terreni naturali, non esiste un unico sistema di classificazione. Ma essi sono accumunati nella scelta delle proprietà, poiché devono sempre:

1. Devono essere significative e facili misurabili
2. Devono essere riferite ad uno stato particolari, non cioè indipend. dalla storia del materiale
3. Sono basati unicamente sulla granulometria, i più vecchi almeno, perciò sono utili solo per terreni a grana grossa.

Vecchia Sistema :

• MIT
• AASHTO
• AGI

Poiché i terreni naturali hanno grani di diverse dimensioni, determ le fraz in peso di ciascuna classe:

• Ghiai _≥ 2 mm
• Sabbia _∈ (2 mm
• ⊕
0.6 mm)
• Limo _∈ (0.6 mm
• ⊕
0.02 mm)
• Argilla _< 0.02 mm

E poi lì si nomina:

1° TERMINE: Fraz Granulom Prevalente

2° TERMINE: Fraz Maggiori del 25% con prefisso CON

3° TERMINE: Fraz tra 15% e 25% con suffisso OSO

4° TERMINE: Fraz minori di 15% con suffisso OSO o DEBOLMENTE

• Casagrande

È per Limi e Argille.

È un metodo riassunto in un diagramma chiamato GRAFIA DI PLASTICITÀ DI CASAGR. che individua 6 ZONE, ovvero 6 classi di terreno.

La suddivisione è attuata dalle

• Retta A
• _{IP = 0.73 (WL - 20)}
• 2 Rette Verticali
• W_L = 30; W_L = 50;

PS^o. Sopra la retta A ci sono le argille inorgan, sotto ci sono limi e terreni organici

PS¹. Esistono poi 2 sistemi che si basano

È cosí:

Dopo aver scritto i miei gruppi,vedo in quale rientra il mio terreno.

Se rientra nel 1º gruppo è:ghiaia se passante setaccio nº 4 < 50%sabbia se minore

SULLA GRANULOMETRIA E LA MINERALOGIA.

• USCS: È USATO PER I TERRENI DI FONDAZIONE.

I TERRENI SONO SUDDIVISI IN 5 GRUPPI:

• 2 A GRANA GROSSA (CIOÈ PERC. PASSANTE AL SETACCIO 200 MINORE DEL 50%):
  • GHIAIE (G)
  • SABBIE (S)
• 3 A GRANA FINE (CIOÈ PERC. PASSANTE AL SETACCIO 200 MAGGIORE DEL 50%):
  • LIMI (M)
  • ARGILLE (C)
  • ORGANICI (O)

NEI TERRENI A GRANA GROSSA SI ANALIZZA POI LA COMPONENTE FINE DEL MATERIALE. (SETACCIO 200)

• SE < 5% IL MATERIALE DEVE ESSERE ANALIZZ USANDO U E G
  • GHIAIE U > 4 Cε [4,3] MATERIALE BEN GRADATO (W)
  • SABBIE U > 6 Cε [4,3]
  ALTRIMENTI (P)
• SE > 12% VIENE CLASSIF USANDO UNA CARTA DI PLASTICITÀ DERIVATA DA QUELLA DI CASAGRANDE, CON IL SIMBOLO DI LIMO O ARGILLA COME SECONDO SIMBOLO.