Prove di laboratorio su un campione di...

IdentificazioneCFG1

Prove di laboratorio su un campione di terreno

d ifi i iH

Riconoscimento generale

Identificazione sitoModalità prelievoAspetto materialeAltro…

Hg

j

Composizione ‐ reazione con HCl→ presenza di carbonati‐ reazione con H2O2 → sostanze organiche

Colore alterazione, ossidazioneShaking test sostanze argilloseShaking test sostanze argilloseMeso/Macrostruttura stratificazioni, fessure

Id tifi iM t i l i i tGranulometria (AA)Li iti di Att b (LL)1IdentificazioneMateriale rimaneggiato Limiti di Atterberg (LL)Peso specifico (Gs )1

P ità ( )

Materiale indisturbatoCaratteristiche Fisiche Generali(stato naturale)

Contenuto d’acqua (w)Peso dell’u.d.v. ()

Porosità (n e)1111

Proprietà idrauliche Permeabilità (PP, CEd)Provini 11

Proprietà meccanicheTX C Ed TD111

Compressibilità (CEd, TX)Resistenza (TX, TD)Deformabilità (TX)1

IdentificazioneCFG 2 Natura multifase di un ‘geomateriale’

Roccia lapidea Roccia sciolta

Compatta Porosa (terra)

Solido

Gas

Liquido

Aumento di porosità e di presenza delle fasi fluide

lo stato naturale di un mezzo multifase i ò i i à fi i hsi può caratterizzare attraverso proprietà fisiche definite dai rapporti tra volumi e pesi di fase solida e di fasi fluide

IdentificazioneCFG3

I mezzi continui sovrapposti

Schemi Vw

Vg PwVv

(Pg=0)

Schemia fasi separate

(o a continui sovrapposti)

Vw

PSV P

VS

gwsvs VVVVVV ws PPP

solido = “scheletro” di particelle solide + complessi di adsorbimento, comprendente i vuoti occupati da liquido + gas

meccanica dei mezziporosi

analisi :

p p q g

liquido = corrisponde al solo liquido libero (interstiziale),in genere acqua

idraulica dei mezziporosi

gas = corrisponde in genere all’aria (privo di peso)

IdentificazioneCFG4 Rapporti tra i pesi

wP peso acquaw = =P peso solido• contenuto d'acqua, w

Pw

Vw

Vg

Vv

sP peso solidoq ,PS

P

VS

V

solido volumesolido peso

s

ss V

P• peso specifico del solido, s so doo u esV

3 3 peso fluido 9.81 kN/m 10 kN/mvolume fluido

ww

w

PV

peso specifico del fluido, w

totale volumefluido solido peso

VPP ws peso (umido) dell'unità di volume,

totale volumeV

totale volumesolido peso

VPs

d peso secco dell'unità di volume, d

Risulta in genere w < d < < s

IdentificazioneCFG5

Rapporti tra i volumi

totale volumevuoti volume

VVn v• porosità, n

n

VVV

VV vs 1 Vg

VVv

solido volumevuoti volume

s

vVVe

indice dei vuoti (o 'indice di porosità'), e Vw

V

v

e

VVV

VV

s

vs

s1

s

nVV / eVV /

relazioni tra n ed e:VS

ss

nn

VVVVe

s

v

1/

/ee

VVVVns

sv

1/

/

acqua volumeVvuoti volumeacqua volume

v

wr VVS• grado di saturazione, Sr:

Grandezza Minimo Massimo Condizionen 0 solido continuo

1 vuotoe 0 solido continuoCondizioni limite:

vuotoSr 0 mezzo asciutto

1 mezzo saturo

IdentificazioneCFG6

Terreno asciutto, umido, saturo

Terreno asciutto (S =0)

)1(1/

/ nVVVP

VP

sssss

d

Terreno asciutto (Sr=0)

)(1/ eVVV s

sd

)1)(1()1()1( wnwwVP

VwPP

sdsss

Terreno umido (0<Sr<1)

VV

ewG

ew

VVPP

VVPP

VVVVS s

w

s

w

s

sv

sw

sv

ssww

sv

swr

//

///

r

s

w

s

r SwG

Swe

densità specifica relativa solido/acquass

w

G

con

Terreno saturo (Sr=1)

1 sr s

w

S e w G w

(indice dei vuoti contenuto d'acqua)

• peso saturo dell'unità di volume, sat

nnn wswdsat )1(

IdentificazioneCFG

7Terreno saturo immerso in acqua

)1)(()1()1()1(' nnnnn wswswwswsat - -

peso immerso dell'unità di volume, ' (= terreno saturo 'alleggerito' dalla spinta idrostatica)

))(()()()( wswswwswsat

equivale all'applicazione del 'Principio di Archimede':

“Un corpo immerso in un liquido è soggetto a una sottospintaUn corpo immerso in un liquido è soggetto a una sottospinta pari al peso del liquido spostato (= volume del corpo)”

Corpo = Particella solidaCorpo = Terreno saturo Corpo Particella solidaVolume = 1‐n

Corpo = Terreno saturoVolume = 1

Peso corpo = sat 1

Sottospinta = w 1

Peso corpo = s (1-n)

Sottospinta = w (1-n)__________________________

Risultante = (s ‐ w) (1‐n)_____________________

Risultante = sat ‐ w

IdentificazioneCFG

8Misura del peso specifico del solido

Ps = peso materiale solido

(preventivamente essiccato)(p )

volumenometro

s

ss V

P

solidovolume solido peso

s

Vs = volume d’acqua spostato

nel picnometro (differenza pesi)p ( p )

o nel volumenometro (lettura buretta)picnometro

Terreni a grana grossa Volumenometro (meno preciso)Terreni a grana fine Picnometro (più preciso)

IdentificazioneCFG9

Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - I

Misura delle CFG (volgarmente ‘n, , w’)

Determinazione in laboratorio della ripartizione, in pesi e volumi, tra le fasi caratterizzanti lo stato naturale di un terreno

1. misura del peso (umido) dell’unità di volume,

f

fucf

f

uV

PP

VP

campione volumecampione umido peso

ff

f hD

V4

2 ff 4

Metodo della doppia pesata Metodo a spostamento di fluido

Pf+c Peso campione + fustella Peso campione + fluido + recipiente

P Peso fustella Peso fluido + recipientePf Peso fustella Peso fluido + recipiente

Vf Volume fustella Volume fluido spostato

IdentificazioneCFG10

Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - II

2. misura del peso secco dell’unità di volume, d

f

fdcf

f

wu

f

sd V

PP

VPP

VP

campione volumecampione solido peso

Pw= peso acqua persa dopo essiccamento in stufa a 105° C

3. misura del contenuto d’acqua, w

1

lidacqua peso

dcfucfdfcfufcfsuw PPPPPPPPP

w solidopeso ddfcfdfcfs PPPPPsP

di norma si effettua sul provino adoperato per la misura di di norma si effettua sul provino adoperato per la misura di

ma può eseguirsi anche su un volume incognito


Misura delle C.F.G. - Riepilogo

Proprietà misurate

s ‐ ‐ d ‐ w

Proprietà calcolate

n ‐ e ‐ Sr

ne ss

d

11

1e 1d

s

s

d

ns ‐ d

w

sr e

wS

v

w

V V

w

Materiale

Valori di CFG per terreni tipici

ne sw e G (1 )d s n (1 )d w SG nMateriale

Sfere uniformi ‐ 0.26‐0.48 0.35‐0.92 ‐ ‐ ‐

Ghiaia 0.25‐0.40 0.30‐0.67 ‐ 14‐21 18‐23

1e

n

(con 1)rS 3[kN/m ] 3[kN/m ]SG n

2.6‐2.7

Sabbia 0.25‐0.50 0.30‐1.00 ‐ 13‐18 16‐21

Limo 0.35‐0.50 0.50‐1.00 ‐ 13‐19 16‐21

Argilla tenera 0.40‐0.70 0.70‐2.30 0.4‐1.0 7‐13 14‐18g

Argilla dura 0.30‐0.50 0.40‐1.00 0.2‐0.4 14‐18 18‐21

Torba 1.8‐2.2 0.75‐0.95 3‐19 2‐6 1‐5 10‐13


Analisi granulometrica - Fondamenti

Obiettivo:Obiettivo:determinare la distribuzione ponderale delle dimensioni dei granuli (granulometria) di un terreno

Procedure:Terreni granulari (d > 75 m) analisi mediante stacciatura

Ghiaia d > 2mmTerreni granulari (d > 75 m) analisi mediante stacciaturaTerreni fini (d < 75 m) analisi mediante sedimentazione Sabbia 2mm > d > 0.06mm

Limo 0.06mm > d > 0.002mm

Argilla d < 0.002mm

Nomenclatura (posto F1> F2> F3> F4):

F f i l t ‘F ’

g

F1 = frazione prevalente ‘F1’25%<F2<50% ‘con F2’10%<F3<25% ‘F3‐osa’5%<F4<10% ‘debolmente F4‐osa’

Sabbia 55% (F1) Sabbia

Limo 27% (F2) con limo

Argilla 13% (F3) argillosa

Ghiaia 5% (F4) debolmente ghiaiosa

10

60

ddCU CU=1 terreno monogranulare

CU>>1 terreno assortitoCoefficiente di uniformità, CU: ( disuniformità!)


Analisi granulometrica per stacciatura (d>0.075 mm)

Quantitàminime

d massa

Procedura

dVagli o Crivelli dmax

(mm)

massa

minima

75 120 kg

63 70 kg

(d > 2mm)

45 25 kg

37.5 15 kg

31.5 10 kg

22.4 4 kg

20 2 kg

16 1.5 kg

11.2 600 g

10 500 g

8 400 g

5.6 250 g

4 200 g

2.8 150 g

2 i f 100dSetacci

(d 2 ) 2 o inf. 100 g(d < 2mm)


Stacciatura: esecuzione ed interpretazione

Interpretazione

i

q1d1

Serie di stacci Pesate

AGI‐UNI

trattenuto al setaccio i: 1 100

i

jj

itot

qT

q q2

d2d (mm)10071

N

jq

qidi604025

passante al setaccio i: 1 100 100j

j ii i

tot

qP T

q

qNdN15105

distribuzione statistica21

0.4250 18

25

30

0.180.075

10

15

20

p (%

)

0

5

4,75 2,00 0,85 0,42 0,25 0,15 0,075

d (mm)


Ingredienti:

Analisi granulometrica per sedimentazione (d<0.075 mm)

Ingredienti:‐ cilindro + aerometro o idrometro o 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)terreno (ms = 50g) + acqua distillata ( 1 l) + agente disperdente (esametafosfato di sodio)

Principio:Principio:

sedimentazione

diminuzione densità

decremento sottospinta

t

p

affondamento aerometro

Interpretazione:p

1. misura velocità di affondamento idrometro → diametro di2. misura densità della sospensione → passante pi


Sedimentazione: esecuzione

PreparazioneProcedura:A tempi variabili con progressione geometrica si acquisiscono letture di densità della sospensione (decrescente nel tempo per la deposizione dei grani)

Ipotesi semplificative per l’interpretazione:

1. al tempo t i granuli con d > di hanno percorso una distanza z > Hr(Hr = percorso di sedimentazione delle particelle. E’ legata alla lettura del densimetro attraverso una procedura di taratura dello strumento)

2. la concentrazione di d < di dipende dalla densità del volume z < Hr


Sedimentazione: interpretazione diametro

Come si ottiene il diametro d?

Invertendo la Legge di Stokes (sedimentazione particelle sferiche):

⇒21800

dv ws

1800 vkvdws

⇒ tH

kd r

v = velocità di sedimentazione

s = peso specifico solido, noto da misura apposita

w , = peso specifico e viscosità acqua, funzioni di T note 1

005531.0

SGk

Taratura idrometro 152H18

Hr = profondità baricentro idrometro, legata a Rm da relazione lineare

Rm = lettura idrometro Ra, corretta di Cm per effetto del menisco (Rm = Ra + Cm)

1.5

10

12

14

16

', H

r (cm

)

1.1371.002

0 891

1.3041

(m

Pa*s

)

Hr = -0.1639Rm + 16.298R2 = 0.99992

4

6

8

prof

ondi

ta'0.891

0.798

= 0 0005T2 - 0 0448T + 1 7016

0.5

visc

osità

,

0

2

0 10 20 30 40 50 60

lettura 'vera', Rm

0.0005T 0.0448T + 1.7016

010 15 20 25 30

temperatura, T (°C)


Sedimentazione: interpretazione passante

1. correggendo Ra per la lettura di zero C0 (effetto temperatura, CT + agente disperdente, Cd):

Come si ottiene la frazione passante p?

CRCCRR 5

2. esprimendo la massa del volume di sospensione V:

0adTac CRCCRR CT = 0.0134T2 - 0.303T + 0.5434

R2 = 0.9949

2

3

4

5

pera

tura

, CT

( ) ( ) ( ) sw s s s w s w s w s w

s

p mV V V V V V V

-1

0

1

orre

zion

e te

mp

p m

( )V R

-215 20 25 30

temperatura, T (°C)

co( ) ( ) sw s w

s

p mV

1,70

3. ricavando p dalla:( )s w c

s w s s

V Rp a

m m

a = -0,35GS + 2,54

1,40

1,50

1,60

,

a

essendo s

s w

a

( )R V a/a2.65 = -0.2GS + 1.531,10

1,20

1,30

cost

ante

Idrometro 152H

( )c wV

(lettura corretta, per V=1000 cm3

espressa in millesimi di g/cm3 oltre l’unità)

0,90

1,00

2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3densità specifica relativa, Gs


Stacciatura + Sedimentazione = Granulometria

stacciaturasedimentazione

Ghiaia (%) dmax (mm)

Sabbia (%) d60 (mm)

Limo (%) d10 (mm)o (%) d10 ( )

Argilla (%) Coefficiente di uniformità, CU=d60/d10


Limiti di consistenza - Fondamenti

bObiettivo:quantificare il grado di interazione solido‐acqua (dipendente da granulometria e mineralogia)attraverso identificazione di stati fisici di riferimento (limiti di Atterberg o di consistenza)che esprimono transizioni di comportamento del terreno al variare del contenuto d’acquache esprimono transizioni di comportamento del terreno al variare del contenuto d acqua

Gli stati fisici di interesse tecnicoGli stati fisici di interesse tecnicosono normalmente 'umidi‘per cui si fa in genere riferimento a:

• limite di plasticità wP

• limite di liquidità wL

• indice di plasticità I w w• indice di plasticità IP = wL– wP

e non al limite di ritiro wS

Procedure:d i i i l d i li i i di bdeterminazione convenzionale dei limiti di Atterberguso di un criterio di classificazione dei terreni a grana fine


Limite di plasticità – Procedura standard

Principio:

il limite plastico è convenzionalmente fissato dal contenuto d’acqua wP in corrispondenza

d l l i di t id tt i b t i i f tti t l tt il l d lldel quale un provino di terreno, ridotto in bastoncini fatti rotolare sotto il palmo della mano

su una superficie liscia (p. es. una lastra di vetro) comincia a fessurarsi ad un diametro

di 3mm

Esecuzione della prova:

1) preparazione materiale

(pallottola umida ~20g)

2) operazione di rotolamento

(3 mm in ~10 movimenti)

3) bastoncini fessurati

(misura di w)

Il valore di wP è assunto come wmedio su almeno due serie diverse di misure


Limite di liquidità – Metodo ASTM (Casagrande)

Principio:

il limite liquido è fissato convenzionalmente dal contenuto d’acqua wL in corrispondenza del quale

un provino di terreno, posto in una coppetta di dimensioni normalizzate,

suddiviso in due parti con un apposito utensile solcatore, e fatto rimbalzare da un’altezza

di 10 mm per 25 volte, determina la chiusura del solco per la lunghezza di 13 mm

Coppetta (o ‘cucchiaio’) di Casagrande

Assetto iniziale Configurazione finale

contacolpi

coppetta

utensile


Metodo Casagrande: esecuzione e interpretazione

In ogni fase di esecuzione (almeno 4 ripetizioni!) va registrato il numero dei colpi Ni a cui si richiude il solco

e misurato il contenuto d’acqua wi

inizio fine

Interpretazione:

w è il valore corrispondente a 25 colpiw è il valore corrispondente a 25 colpi

ottenuto mediante interpolazione

tra le misure eseguite

(in scala semilogaritmica)


Limite di liquidità – Procedura con penetrometro

Principio:

il limite liquido è fissato dal contenuto d’acqua wL in corrispondenza del quale un provino

di terreno posto in un contenitore di dimensioni normalizzate determina un dato affondamentodi terreno, posto in un contenitore di dimensioni normalizzate, determina un dato affondamento di una punta conica appoggiata in verticale su di esso per 5 s.

Ciò corrisponde ad una resistenza non drenata cu 2 kPa

Tipo di cono Affondamento Apertura punta Peso cono

BS (i l ) 10 30° 80BS (inglese) 10 mm 30° 80 g

SGI (svedese) 20 mm 60° 60 g


Metodo ‘fall cone’: esecuzione e interpretazione

2) Interpretazione mediante interpolazione lineare tra le misure

1) In ogni fase di esecuzione (da ripetere almeno 4 volte!)

Fasi della prova:

eseguiteva registrato l’affondamento i e misurato il contenuto d’acqua wi


Limite di liquidità – Confronto tra i metodi

I metodi con punta conica si basano su precisi fondamenti teorici.

Si dimostra infatti che l’affondamento i di un cono con peso W

è legato alla resistenza non drenata cu dalla:

2iWKcu K= f(apertura cono)

A h il d di C d è i di iAnche il metodo di Casagrande è una misura di resistenza, ma:

in condizioni dinamiche e non statiche,

ha un carattere spiccatamente empirico,

si è dimostrato meno ripetibile e affidabile (per l’influenza della durezza della base dell’apparecchio)

Le raccomandazioni europee (ETC5, EC7)

suggeriscono l’adozione della punta conica

(quale che sia) per la misura del limite liquido

Sono stati effettuati in proposito

“confronti all’europea” che hanno mostratoconfronti all europea che hanno mostrato

che wL (Casagrande) > wL (Fall cone)


Carta di Plasticità

Carta di plasticità (USCS)

70

80bassa media alta

M = limiC = argilleO = sostanze organiche

d b d l à

L = bassa plasticitàH = alta plasticità

50

60

70

ità, I

P (%

)

linea A: IP = 0.73(wL-0.20)

CHML Limi inorganici da bassa a media plasticità

CL Argille inorganiche da bassa a media plasticità

OL Limi e argille organiche di bassa plasticità

MH Limi inorganici di alta plasticità20

30

40

ce d

i pla

stic

CLML

OH

CL

MH Limi inorganici di alta plasticità

CH Argille inorganiche di alta plasticità

OH Argille organiche da media a alta plasticità0

10

20

indi

c

OLML

OHMH

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100limite di liquidità, wL (%)

• La carta USCS deriva dalla carta ‘capostipite’ di Casagrande

• Si usano wL e IP per la limitata variazione in natura dei valori di wP

U t dà l ti lli ti ll l t d A• Un terreno omogeneo dà luogo a punti allineati parallelamente ad A

• Per una data mineralogia, sia wL che IP aumentano con la frazione argillosa (CF)


Carta di Attività

A parità di composizione ( attività) mineralogica,un aumento di frazione argillosa (CF=p%<2m)determina un aumento proporzionale di IP e wL

100

determina un aumento proporzionale di IP e wL

spostamento parallelo alla linea A sulla carta di plasticità

70

80

90

à, I

(%)

A. elevata

40

50

60

edi

pla

stic

ità

75.0AI

10

20

30in

dice

A. bassa

25.1AI

5.0AI

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

frazione argillosa, CF (%)

Indice di attività (CF = frazione argillosa = passante a 2m)CFII P

A


Proprietà di stato: Compattezza e consistenza

Significato:Significato:Individuazione dello stato naturale di un terrenoin relazione alle sue condizioni limite di porosità e/o contenuto d’acqua

Terreni Proprietà CFG di riferimento Parametro

Granulari Compattezza Indice dei vuoti, e Densità relativa

Fi i C i t C t t d’ I di di i tFini Consistenza Contenuto d’acqua, w Indice di consistenza

Densità relativa dei terreni granulari Indice di Consistenza dei terreni fini

1,0minmax

max

eeee

Dr

,P

L

PL

Lc I

wwwwwwI

D

e maxemine

I

w LwPw

emax = minima densità, misurata con

deposizione “pluviale”wP = limite di plasticità

(stato semisolido→ plastico)

rD 01 CI 01 01

deposizione pluviale

emin = massima densità, misurata con

addensamento per vibrazione

(stato semisolido → plastico)

wL = limite di liquidità

(stato plastico → fluido)


Compattezza e consistenza

Valutazione empirica della compattezza dei terreni granulariCompattezza Dr Test

Molto sciolta 0.0 ÷ 0.2 Possibile infliggere a mano una barra d’acciaio per circa 1 m

Sciolta 0.2 ÷ 0.4 Abbastanza facile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra

Mediamente sciolta 0.4 ÷ 0.6 Difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra

Molto difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barraDensa 0.6 ÷ 0.8

g p

È possibile infiggere un picchetto per 5–10 cm con la mazza battente

Molto densa 0.8 ÷ 1.0 Impossibile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra

Valutazione empirica della consistenza dei terreni a grana fine

Consistenza Ic Test

Molto molle < 0.0 Si estrude tra le dita quando è pressata

Molle 0.0 ÷ 0.5Si modella con leggera pressione delle dita

Facile da incidere con l’unghial ti

fluido

Moderatamente consistente

0.5 ÷ 1.0Si modella con forte pressione delle dita

Abbastanza facile da incidere con l’unghia

Consistente >1 0Non modellabile con la pressione delle dita

plastico

Consistente >1.0Difficile da incidere con l’unghia

Molto consistente >> 1.0 Molto difficile da incidere con l’unghiasolido

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