Geotecnica teoria ed esercizi

CLASSIFICAZIONE DEI TERRENI

ROCCE LAPIDEE E ROCCE SCIOLTE

I geo materiali sono generalmente suddivisi in rocce e terreni.Rocce lapidee: aggregato di minerali fortemente cementatiRocce sciolte (o terreni): aggregato di particelle non cementate o debolmente cementate tra loro (separabili per semplice azione meccanica quale l'agitazione in acqua).

TERRENI SCIOLTI

Sono costituiti da particelle a contatto tra loro, non solidamente connesse, o sono dunque molto dissimili dal schema di continuo che prevede la presenza di materia in domini dello spazio di qualunque dimensione.

• Tuttavia nella meccanica delle terre si schematizza il terreno perché le dimensioni caratteristiche delle strutture interagenti con il terreno nei problemi di ingegneria civile sono di gran lunga maggiori delle singole particelle.

PROCESSI LITOGENI

Il ciclo litogenetico (anche litogenesi o ciclo delle rocce) è il modello che rappresenta le relazioni genetiche delle rocce tra loro e col magma nell'ambito della crosta terrestre. La figura riportata è semplificata, in quanto non mostra anche le connessioni con le sostanze dell'atmosfera e dell'idrosfera, spesso processanti anche col concorso degli organismi nei cicli biogeochimici.

• Le rocce ignee sono dette primarie in quanto sono le uniche che derivano dal magma e non da altre rocce, per cui si perde la memoria della struttura precedente.
• Le rocce metamorfiche sono comunque al termine della storia di un materiale roccioso. Infatti, prima di subire inaccessi a causa della profondità cui sono portate e trasformarsi in magma le rocce devono subire metamorfismo regionale.

Si può descrivere schematicamente il ciclo litogenetico partendo dal processo magmatico: il magma raffreddandosi e consolidandosi in profondità origina rocce intrusive o se raffredda in superficie dà origine a rocce magmatiche effusive. Nel primo caso provoca sulle rocce circostanti un processo di metamorfismo di contatto. Le rocce intrusive possono essere sollevate fino a raggiungere la superficie terrestre dove, insieme

alle rocce effusive, sono aggredite dagli agenti esogeni ed entrano nel ciclo sedimentario. I sedimenti che si accumulano vengono sepolti e per diagenesi formano le rocce sedimentarie. Queste ultime, come le stesse rocce magmatiche originarie, possono essere seppellite sotto altri strati di sedimenti e spinte in profondità all'interno della crosta terrestre o essere coinvolte in processi di formazione di una catena montuosa; si trovano così coinvolte in un processo metamorfico. Quando poi le rocce, spinte a maggior profondità, solitamente a causa della subduzione della placca tettonica in cui si trovano, sono sottoposte a un aumento di temperatura e pressione tali da provocare il fenomeno dell'anatessi, ossia una loto-fusione, si forma nuovo magma e il ciclo si chiude ricominciando.

Non sono possibili molti altri percorsi:

• Le rocce sedimentarie possono essere erose da vari agenti e risedimentarsi a loro volta;
• Le rocce magmatiche possono essere metamorforate senza subire il processo sedimentario;
• Le rocce metamorfiche possono essere aggredite dagli agenti esogeni, senza subire una fusione, risultando in materiale detritico che sedimenterà.

I terreni naturali, o rocce sciolte, discendono da: formazione incompleta o trasformazioni delle rocce lapidee.

STRATI ELEMENTARI

L'ossigeno nell'unità tetraedrica è sostituito dallo ione idrossile

T:O (1:1) impilamento (caolinite, serpentina)

T:O:T (2:1) impilamento (smectite, vermiculite, clorite)

SCHEMI DI MINERALI ARGILLOSI

• Kaolinite
• Hallysite
• Pyrophyllite
• Smectite
• Vermiculite
• Ilite
• Chlorite
• Mixed Layer

I minerali differiscono tra loro per il tipo di "colla" che mantiene insieme gli strati successivi.

LEGAMI FRA GLI STATI

Caolinite

piano degli ossigeni

Legame idrogeno ⇒ stabile in presenza di acqua

piano degli idrossili

Montmorillonite

In presenza di acqua, i cationi interstrato idratano oppure l'acqua è adsorbita sul piano degli ossigeni mediante legami idrogeno ⇒ le particelle di montmorillonite rigonfiano

PROVE DI LABORATORIO SU UN CAMPIONE DI TERRENO

Riconoscimento generale

• Identificazione sito
• Modalità prelievo
• Aspetto materiale
  • Composizione
    • reazione con HCl -> presenza di carbonati
    • reazione con H₂O₂ -> sostanze organiche
  • Colore -> alterazione, ossidazione
  • Shaking test -> sostanze argillose
  • Meso/Macrostruttura -> stratificazioni, fessure

Materiale rimanneggiato

• Identificazione
  • Granulometria (AA)
  • Limiti di Atterberg (LL)
  • Peso specifico (G_S)

Materiale indisturbato

• Caratteristiche Fisiche Generali (stato naturale)
  • Porosità (n -> e)
  • Contenuto d'acqua (w)
  • Peso dell'u.d.v. (r)

Proprietà idrauliche

• Permeabilità (PP, CEd)

Proprietà meccaniche

• Compressibilità (CEd, TX)
• Resistenza (TX, TD)
• Deformabilità (TX)

Un provino fa tutta una serie di operazioni che servono per descrivere qualitativamente e quantitativamente lo stato fisico del terreno.

La prima fase è una fase di riconoscimento generale che comporta la descrizione del sito di prelievo. (Descrizione qualitativa del suo aspetto).

Quando si parla della composizione si fanno alcune prove speditve per stabilire per grandi lince che cosa è quella parte della composizione mineralogica che lo compone.

Si dice che il terreno può essere rimaneggiato o indisturbato a seconda che il tipo di campionamento possa in qualche modo alterarne lo stato naturale in cui si trovava nel deposito considerato.

Sul materiale rimaneggiato posso operare un’identificazione attraverso un’analisi, che è l’analisi granulometrica.

Se il materiale è indisturbato, le grandezze rispecchiano lo stato fisico del terreno in sito, se invece disturbiamo il materiale, queste grandezze non avranno più la rappresentatività del terreno in sito.

Attrezzatura

• cilindro + densimetro (= bulbo + stelo graduato)
• sospensione di volume V noto (in genere 1 l) composto da:

terreno (m = 50g) + acqua distillata (≈ 1 l) + agente disperdente (esametafosfato di sodio)

Principio:

• sedimentazione
• diminuzione densità
• decremento sottospinta
• affondamento aerometro

Interpretazione:

1. misura velocità di affondamento idrometro → diametro d_i
2. misura densità della sospensione → passante p_i

sedimentazione

stacciatura

p_s = passante a 0.075 mm sottoposto a sedimentazione