Corso di Laurea a ciclo Unico in Ingegneria Edile-Architettura
Geotecnica e Laboratorio
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Proprietà indici e granulometria delle terreSistemi di classificazione delle terre
Prof. Ing. Marco Favaretti
e-mail: [email protected]
website: www.marcofavaretti.net
• Il comportamento del terreno è complesso:– Anisotropo– Non omogeneo– Non lineare– Dipende dal livello e dalla storia tensionale
• Per superare la complessità abbiamo bisogno di:– Teorie– Prove di laboratorio– Prove in situ– Relazioni empiriche– Modelli e Applicazioni numeriche– Esperienza, giudizio, fattore di sicurezza
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INGEGNERIA GEOTECNICA
terreno
1- Ossidazione2- Percolazione3- Idrolisi4- Soluzione
AlterazioneChimica
1- Clima (Temperatura & Pioggia2- Sfogliamento (tensioni per comprex e trazione3- Erosione per gravità, vento, acqua, ghiaccio3- attività organiche (radici, insetti ecc.)
AlterazioneMeccanica
ROCCEIgnee
MetamorficheSedimentarie
FORMAZIONETERRENO
Terrenoresiduale
2- Acqua
1- Gravità
3- Vento
4- Ghiaccio
Terreno Trasportato
Alluvionale
Colluviale
Eolico
Glaciale
(a grana grossa) (a grana fine)
Sviluppo in situ dalla decompo-sizione della roccia. I terreni residuali hanno caratteristiche geomorfiche strettamente cor-relate con la roccia di origine
Trasporto e Deposizione
1-Acqua Terreno Alluvionale1- Fluviale 2- di Estuario 3- Lacustre 4- Costiero5- Marino
2- Ghiaccio Terreni Glaciali 1-Hard Pan 2-Morene
3- Vento Terreni Eolici 1-Dune di sabbia 2-Loess
4- Gravità Terreni Colluviali 1-Talus
I terreni possono essere - ASCIUTTI
- SATURI -completamente - parzialmente
• Possono avere differenti forma, tessitura e struttura
FORMA: allungata, rotonda, piatta, angolare
TESSITURA A grana grossa, media, fine (a occhio nudo)
STRUTTURA ..... sciolta, densa (terreni privi di coesione) & alveolare, dispersa, flocculata (terreni coesivi)
DenseLoose
Fine or Cohesive Soil(Silt & Clay)
Honeycomb DispersedFlocculated
In Fresh WaterFlocculated
In Salt Water
Coarse or Cohesionless Soil(Sand & Gravel)
Soil Structure
Struttura (fabric) dell’argilla
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Flocculata Dispersa
Contatto spigolo-faccia Contatto faccia-faccia
Il termine “fabric” viene usato per descrivere la disposizione geometrica delle particelle argillose. I due casi estremi sono la flocculata e la dispersa.
Confronto tra minerali argillosi
Minerale Area Specifica(m2/g) C.E.C (meq/100g)
Caolinite 10-20 3-10
Illite 80-100 20-30
Montmorillonite 800 80-120
Clorite 80 20-30
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Concentrazione di cationi nell’acqua
13
++++
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++ +
+
+
++
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
++
+
+ + +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+++
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+ +
+
cationi
la concentrazione dei cationi diminuisce allontanandosi dalla particella di argilla
- -- -- -- -- -- -- -
Particella argillosa
Doppio strato Acqua libera
Le facce di ciascuna particella sono caricate con cariche di segno negativo che attraggonocationi presenti nell’acqua. Le superfici delle particelle caricate negativamente e le molecoled’acqua orientate danno luogo al cosiddetto doppio strato diffuso.
Particella di argilla in acqua
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- -- -- -- -- -- -- -
Acqua libera
Doppio strato diffuso
Acqua adsorbita
50 nm
1nm
Relazioni tra fasi
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Indice dei vuoti
Porosità
Grado di Saturazione
Contenuto d’acqua o Umidità
Peso specifico dei grani
Densità Densità secca
Altre relazioni tra fasi
Valori tipici:
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G = 2.60÷2.75
ρ = 1.60÷2.25 Mg/m3
ρs = 2.60÷2.75 Mg/m3
n = 0.25÷0.45 (sabbia)
S = 0 (terra secca) ÷ 100% (terra completamente satura)
Fasi di una terra sciolta
Volume fase solida Vs
Volume fase liquida Vw
Volume fase gassosa Va
Volume dei vuoti Vv = Vw + Va
S<100% S=100%
Parziale saturazione
Completa saturazione
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Volume fase solida Vs
Volume fase liquida Vw
s
v
Vsolidi volume Vvuoti dei volumee =
s
w
Vsolidi volume Vacqua volumee =
Saturazione = 100% tutti i pori (potenzialmente riempiti con acqua e/o aria) sono riempiti di acqua
Volume fase gassosa Va
Vv
S<100% S=100%
Indice dei vuoti
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fase solida (Ps; Vs)totale
totale
aws
ws
VP
VVVPP
=++
+=γ
S = 100%
fase liquida (Pw; Vw)
totale
wssat V
PP +=γ
totale
sdry V
P=γ
S=100%S<100%
fase gassosa (Pa≈0; Va)
Contenuto d’acqua w - Peso di volume γ
s
w
PPw =
21
22
fase solida (Ps; Vs)
totale
ws
VPP +
=γ
S = 100%
fase liquida (Pw; Vw) totale
wssat V
PP +=γ
wsat' γ−γ=γtotale
sdry V
P=γ
S=100%
Peso di volume γ
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=
γγ
=VP/
VPG w
s
s
w
s Terreno G
Sabbia quarzifera 2,64÷2,66
Limo 2,67÷2,73
Argilla 2,70÷2,90
Gesso 2,65÷2,73
Torba 1,30÷1,90
Peso specifico dei solidi G
Sistemi di classificazione delle terre
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I sistemi di classificazione delle terre sono basati sulla distribuzione granulometrica e sui limiti di Atterberg.
American Association of State Highway & Transportation Officials (AASHTO)
Proposto inizialmente nel 1945Classificazione su 8 gruppi principali (A-1 ÷ A-8)Si basa su curva granulometrica, limite di liquidità e indice di plasticità
Unified Soil Classification System (USCS)
Proposto inizialmente nel 1942 da Arthur CasagrandeASTM Designation D-2487Classificazione con simboli di gruppo
CARTA DI PLASTICITA’ DI CASAGRANDE
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Sistemi di classificazione delle terre
G ghiaia
S sabbia
M limo
C argilla
O limi e argille organiche
Pt torba e terre organiche di
elevata plasticità
H elevata plasticità
L bassa plasticità
W curva granulometrica ben
distribuita
P curva granulometrica mal
distribuita
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DOMANDA
ho 1 kg di terra prelevata al di sotto di una costruzione e mi chiedo:
1. In che modo posso classificare la terra?
2. Quali sono i metodi per valutare la granulometria della terra?
3. Come posso definire i vari tipi di terra, quali argilla, limo, sabbia, ghiaia, ciottoli, massi.
4. Come calcolare i diametri caratteristici D10, D30 e D60 mediante la curva granulometrica (CG)?
5. Come calcolare i coefficienti Cu e CC della terra?
6. La CG può essere bene, poco o mal distribuita?
7. Cosa sono i limiti di Atterberg e come li posso definire?
RISPOSTA
30
Gruppi di terreno
0.002 2006020.075
Dimensione del grano (mm)
massoargilla limo sabbia ghiaia ciottolo
Terre a grana fine
Terre a grana grossa
Terre Granulari o prive di coesione
Terre Coesive
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Distribuzione granulometrica
• Terre a grana grossa Analisi granulometrica
Procedura di prova
Terre a grana fine Analisi per sedimentazione
Vagliatura meccanica Analisi per sedimentazione
Sospensione di terra e acqua
idrometro
Pila di setacci
agitatore
36
I setacci con fori > di
quelli dell’ASTM n.4
(lato 4,76 mm) sono
caratterizzati dalla
lunghezza del lato della
propria apertura
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
37
10 fori per
pollice
# 10 setaccio
I setacci più piccoli sono numerati secondo il numero di fori per pollice lineare (25,4 mm)
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
41
n. setaccio
Diametro (mm)
P netto setaccio (g)
P lordo setaccio (g)
P trattenuto (g)
% trattenuto
% passante
4 4,75 116,23 166,13 49,9 9,5 90,5 10 2,00 99,27 135,77 36,5 7,0 83,5 20 0,84 97,58 139,68 42,1 8,0 75,5 40 0,425 98,96 138,96 40,0 7,6 67,8 60 0,25 91,46 114,46 23,0 4,4 63,4 140 0,106 93,15 184,15 91,0 17,4 46,1 200 0,075 90,92 101,12 10,2 1,9 44,1
fondo - 70,19 301,19 231,0 44,1 0
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
43
10
60u D
DC =)DD(
DC1060
230
c ×=
Sistemi di classificazione
Curva granulometrica (d > 0,075 m – setaccio ASTM 200)
Coefficiente di uniformità Cu
Coefficiente di curvatura Cc
Limiti di Atterberg (d < 0,42 mm – setaccio ASTM 40)
dimensione grano (mm)
Pas
sant
e (%
)
densimetro vagliatura
fine sabbia ghiaia
Sistemi di classificazione
44
45
Terre a granulometria ben o mal graduata
BEN GRADUATA
Ghiaia:
Cc = 1-3
Cu > 4
Sabbia:
Cc = 1-3
Cu > 6
MAL GRADUATA
Uniforme
Grani di pari dimensione
ATIPICA
Mancanza di una porzione significativa di grani di specifiche dimensioni (gap graded)
49
Limiti di Atterberg
ws wp wl
fragilesemi-solido plastico liquido
τ ττ
γ γ γ
w < ws
w → wp
w → wl
w > wl
100xsolidi pesoacqua peso(%)w =
Ip
wl, wp, ws: limiti di liquidità, di plasticità, di ritiro
Ip: indice di plasticità (wl – wp)
ws wp wl
fragilesemi-solido plastico liquido
τ ττ
γ γ γ
w < ws
w → wp
w → wl
w > wl
100xsolidi pesoacqua peso(%)w =
Ip
wl, wp, ws: limiti di liquidità, di plasticità, di ritiro
Limiti di Atterberg
57
58
Camp. Prof. (m) G γ
(kN/m3)
w0
(%)
wl
(%)
wp
(%)
Ip
(%)
pen
(kPa)
tor
(kPa)
qu (1,2)
(kPa)
φ
(°)
cc
cv (*)
(m2/s)
k (*)
(m/s)
A 4.00-4.50 2.74 17.1 46 53 24 29 30-40 23 26 0.38 5 10-8 1 10-10
C 9.00-9.50 2.72 16.7 56 67 28 39 40/70 31/33 22 0.53 6 10-8 2 10-10
E 22.50-22.75 2.75 20.3 26 36 19 17 160/190 57 74/78 0.20 1 10-6 1 10-9
Wl (%)
Ip (%)
62
Curve granulometriche
o1
60u d
dC =
Coefficiente di uniformità
Cu1 = 300
Cc1 = 10
Cu2 = 2,5
Cc2= 1,3 60o1
230
c dddC⋅
=Coefficiente di curvatura
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