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8/18/2019 Lezione 1a.pdf

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COS’È LA GEOTECNICA?

È una disciplina dell’ingegneria che studia, su basi fisico-matematiche, ilcomportamento di corpi, naturali o artificiali, costituiti da terreni o rocce,

soggetti ad azioni esterne o a modifiche delle condizioni al contorno

Si basa su teorie, metodi di calcolo e procedimenti sperimentali di

carattere generale, che si particolarizzano a seconda delle caratteristiche

dei terreni e delle rocce e in relazione alle varie applicazioni


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Interviene in tutte le fasi di realizzazione di un’opera:

Progettazione

Realizzazione

Collaudo

Studio del comportamento nel tempo dell’opera realizzata

COS’È LA GEOTECNICA?


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CARATTERISTICHE GENERALI DELLE TERRE

Costituzione delle terre

Proprietà caratteristiche di un singolo granulo

Rapporti tra le fasi costituenti una terra

Descrizione, identificazione e classificazione delle terre


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Sono prodotti della degradazione chimica e fisica delle rocce lapidee e

costituiscono la crosta più superficiale del globo

COSTITUZIONE DELLE TERRE


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Sono formate da granuli solidi cristallini, di forma, dimensione e

composizione mineralogica molto varia e talvolta da sostanza organica

L’insieme dei granuli prende il nome di

SCHELETRO SOLIDO

Nel suo stato naturale, una terra contiene negli spazi tra i granuli acqua,

aria o gas diversi, che nel loro insieme costituiscono i

FLUIDI INTERSTIZIALI


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In generale i granuli di una terra non sono tra loro legati o cementati

Talvolta possono esistere forze di adesione tra i granuli o agenti

cementanti che conferiscono all’insieme dei granuli qualche coesione


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Tali forze presentano le seguenti caratteristiche:

hanno un valore trascurabile se paragonate con le forze che legano gli

elementi cristallini in una roccia lapidea

si annullano totalmente quando un elemento di terra, isolato e non

sollecitato, viene posto a prolungato contatto con l’acqua

È proprio questo comportamento che si assume convenzionalmente come

elemento di suddivisione tra

ROCCE LAPIDEE e ROCCE SCIOLTE (TERRE)


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PROPRIETÀ DEL SINGOLO GRANULO

I granuli hanno dimensioni medie molto varie: da 103 a 10-6 mm

Sulle dimensioni dei granuli sono basate le nomenclature e le

classificazioni più comunemente usate

I granuli di maggiori dimensioni hanno generalmente forma più regolare e

più vicina a quella sferica rispetto ai granuli microscopici

La composizione dei granuli non è mai quantitativamente correlabile con il

comportamento meccanico delle terre ma, in alcuni casi, può influenzarlo


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I GRANULI interagiscono tra loro mediante:

AZIONI MECCANICHE AZIONI CHIMICHE

derivano dalle forze di massa e dalla

presenza dei fluidi interstiziali

la loro entità dipende dal volume dei

granuli

dovute all’attività superficiale delle

particelle

la loro entità dipende dalla composizione

mineralogica dei granuli e dall’estensione

della loro superficie

Le forze di superficie influenzano fortemente il comportamento delle terre a grana

fine, con granuli di dimensioni microscopiche ( ) e sono trascurabili nelle terre a

grana grossa

1d


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I GRANULI si suddividono in:

GRANULI

INERTI GRANULI

ATTIVI

Privi di attività superficiale

Interagiscono tra loro e con i fluidiinterstiziali solo per effetto delle

forze di massaAttività superficiale molto intensa

Interagiscono tra loro e con i fluidi

interstiziali per effetto non solo delle

forze di massa ma anche di quelle di

superficie


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DIMENSIONE

qualche millimetro tra qualche millimetro e

la decina di micron

sono costituiti da frammenti

di ROCCE (granuli delle ghiaie

e delle sabbie grosse)

sono costituiti da MINERALI o da frammenti

di minerali, tra questi predominano i

minerali più stabili e resistenti

GRANULI INERTI


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FORMA

GRANULI INERTI

Dipende dalla costituzione e dalle vicissitudini subite dai granuli durante il

trasporto e la deposizione

A parità di ogni altra condizione, i granuli possono avere:

FORMA IRREGOLARE

con spigoli vivi e superfici

scabre

FORME TONDEGGIANTI

con spigoli smussati e

superfici lisce

granuli di rocce o minerali

resistenti e stabili

granuli formati da rocce o minerali a

bassa resistenza o alterabili


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GRANULI ATTIVI

Hanno dimensioni massime dell’ordine di qualche micron (d


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GRANULI ATTIVI

CARATTERISTICHE

Attività superficiale

Capacità di adsorbire ioni o molecole di liquidi polari

Proprietà di variare di volume al variare del contenuto d’acqua

Queste proprietà dipendono dalla particolare struttura reticolare che li

caratterizzano


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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI

Le unità fondamentali della struttura dei minerali argillosi sono TEDRAEDRIe OTTAEDRI collegati tra loro a formare maglie piane

Le maglie sono a loro volta collegate, in direzione normale al loro piano,

sia direttamente sia indirettamente cioè attraverso altri ioni


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UNITÀ TETRAEDRICA

Il silicio si trova al centro del tetraedro ed è

collegato con 4 ioni ossigeno posti ai suoi vertici

I tetraedri sono collegati fra loro attraverso gli ioni ossigeno, in modo da

formare un reticolo piano a maglia esagonale


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UNITÀ OTTAEDRICA

Costituita da uno ione alluminio

(o magnesio) e da 6 ioni ossigeno (o

ossidrili)

Il reticolo che viene a formarsi è costituito da 2 piani di ioni ossigeno che

contengono 1 piano di ioni alluminio


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I diversi tipi di minerali argillosi nascono dalla combinazione delle unità

tetraedriche e ottaedriche in PACCHETTI ELEMENTARI e dalla

combinazione di più pacchetti elementari si forma il GRANULO

Le unità di base sono tra loro collegate mediante

legami forti di tipo ionico

I pacchetti elementari sono invece tra loro collegati mediante

legami ionici più deboli o legami ad idrogeno


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Lo SPESSORE dei granuli dipende dalle forze di attrazione che esercitano

tra loro i pacchetti elementari

Sono molto basse, per il fatto che i minerali

argillosi tendono a sviluppare

preferenzialmente reticoli piani

I granuli hanno generalmente

forma appiattita


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CARICA ELETTRICA DEI GRANULI

Sebbene un granulo argilloso può essere considerato

approssimativamente neutro, la disposizione geometrica dei vari ioni che

compongono i pacchetti conferisce una forte carica negativa alla sua

superficie


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I piani reticolari sono costituiti da ioni ossigeno e ossidrili, mentre gli ioni

metallici (Si o Al), carichi positivamente, occupano posizioni interne

Le cariche elettriche presenti sulla superficie conferiscono ai granuli la

capacità di interagire tra loro, con l’acqua interstiziale e con ioni in essa

disciolti


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I granuli argillosi nei terreni sono sempre idratati, cioè circondati da uno o

più strati di molecole di acqua detta ACQUA ADSORBITA

Queste molecole di acqua devono essere considerate come facenti parte

della struttura dei granuli, e non come molecole di acqua libera

Non tutta la carica negativa disponibile alla superficie del granulo viene

saturata mediante molecole di acqua, parte può essere neutralizzata da

cationi di sali disciolti nell’acqua interstiziale


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INTERAZIONE TRA GRANULI ARGILLOSI

Il processo di interazione tra i granuli argillosi avviene prevalentemente

attraverso gli strati di acqua adsorbita e di ioni diffusi o anche attraverso

contatto diretto

Le singole particelle, per effetto della carica negativa esistente sulla loro

superficie, esercitano una reciproca azione repulsiva che decresce

all’aumentare della distanza mutua dei granuli e della concentrazione

elettrolitica

La tendenza al rigonfiamento (aumento di volume) di alcuni minerali

argillosi, quali la MONTMORILLONITE e l’ILLITE, quando posti a contatto

con l’acqua è la manifestazione apparente delle forze di repulsione


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STRUTTURA DELLE TERRE

La disposizione geometrica dei granuli costituisce la struttura della

terra e ne influenza notevolmente il comportamento meccanico

Deriva dall’interazione tra i granuli e l’ambiente circostante, attraverso

fenomeni naturali di carattere meccanico e chimico che accompagnano

o seguono la formazione della terra stessa


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In una terra costituita da GRANULI INERTI lo stato di

addensamento delle particelle rappresenta la principale proprietà della

struttura

Distribuzione ideale delle dimensioni dei

granuli per un forte stato di addensamento

DIPENDE

Forma dei granuli Distribuzione dei loro diametri



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Se ci si riferisce a particelle sferiche di ugual diametro si possono

ottenere diversi stati di addensamento semplicemente variano la loro

disposizione geometrica


DISPOSIZIONE CUBICA DISPOSIZIONE ESAGONALE


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Nelle terre argillose costituite da granuli attivi di dimensionimicroscopiche si distingue

MICROSTRUTTURA MACROSTRUTTURA

Dipende dall’assetto e

dall’interazione chimica e fisica

dei granuli

Individua l’esistenza di unità

macroscopiche, separate daricorrenti discontinuità,

eterogeneità, inclusioni


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Nella formazione della microstrutture di un’argilla, l’aggregazione deigranuli dipende non tanto dalle dimensioni, ma soprattutto dalle

mutue azioni di natura chimica e quindi dalle caratteristiche

dell’ambiente

Durante la deposizione, i granuli argillosi si scambiano delle azioni

repulsive la cui entità dipende dalla quantità di carica negativa diffusa

sulla superficie ed in vicinanza della superficie


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Forti azioni repulsive determinano la formazione di

una STRUTTURA DISPERSA

Tipica di argille che si formano in acqua dolce

Azioni repulsive ridotte determinano la formazione di una

STRUTTURA FLOCCULATA

Tipica di argille che si formano in ambienti con elevata

concentrazione salina


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Se i granuli sono costituiti da minerali molto attivi le azioni repulsive

sono elevate e le particelle tendono a disporsi affacciate dando luogo

ad una STRUTTURA ORIENTATA

Al diminuire dell’attività l’isorientamento dei granuli argillosi si riduce e

le strutture che si formano sono SEMI-ORIENTATE

o semplicemente DISPERSA

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