UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica
“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI ”
Corso di Fondamenti di GeotecnicaScienze dell’Ingegneria Edile, A.A. 2005\2006
Dott. Ing. Johann Facciorusso
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OrigineOrigine e e strutturastruttura deidei terreniterreni –– FondamentiFondamenti didi GeotecnicaGeotecnicaCorsoCorso didi LaureaLaurea in in ScienzeScienze dell’Ingegneriadell’Ingegneria EdileEdile A.A. 2004/2005A.A. 2004/2005 2/492/49
A.A.2005-06
FondamentiFondamenti didi GeotecnicaGeotecnicaCorso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile (SIE)
1° Periodo didattico (5 CFU):26 settembre – 9 dicembre
ORARIO:Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì
08:1509:15
09:1510:1514:0015:0015:0016:0016:0017:00
Introduzione al corso
Aula 103
Aula 103
Aula 103
Aula 003
Aula 003
LezioneEsercitazione
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Programma del corsoProgramma del corso
Introduzione al corso
1. ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI: proprietà indice, relazioni peso-volume, granulometria e limiti, sistemi di classificazione USCS e AASHTO
2. STATI DI TENSIONE NEL TERRENO: principio delle pressioni efficaci, tensioni geostatiche, storia dello stato tensionale
3. IDRAULICA DEI TERRENI: Capillarità, permeabilità, legge di Darcy, moti di filtrazione, gradiente idraulico critico
4. MODELLI REOLOGICI: Tensioni e deformazioni nei terreni. Concetti base: elasticità, plasticità, viscosità5. DIFFUSIONE DELLE TENSIONI: Pressioni di contatto, teoria di Boussinesq6. COMPRESSIBILITÀ DEI TERRENI: teoria della consolidazione monodimensionale, prova edometrica, calcolo dei cedimenti di consolidazione
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Programma del corsoProgramma del corso
Introduzione al corso
7. RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI: criterio di rottura di Mohr-Coulomb, resistenza al taglio di terreni granulari e coesivi, prova di taglio diretto, prove triassiali.
8. INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO: perforazioni di sondaggio, prove CPT, CPTU, SPT, DMT
9. SPINTA DELLE TERRE: stati di equilibrio limite, metodo di Rankine e di Coulomb per il calcolo della spinta sui muri di sostegno
10. CAPACITÀ PORTANTE DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI: analisi in condizioni drenate e non drenate, metodo di Terzaghi, formula di Brinch-Hansen
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ModalitModalitàà di esamedi esame
Introduzione al corso
L’esame consta di una prova scritta da superare per accedere alla prova orale :
Appelli di esame oraleAppelli di esame oralemartedmartedìì 13 dicembre 2005 (ore 9.30) 13 dicembre 2005 (ore 9.30) lunedlunedìì 19 dicembre 2005 (ore 9.30) 19 dicembre 2005 (ore 9.30)
martedmartedìì 7 febbraio 2006 (ore 9.30) 7 febbraio 2006 (ore 9.30) lunedlunedìì 20 marzo 2006 (ore 9.30) 20 marzo 2006 (ore 9.30)
mercoledmercoledìì 5 aprile 2005 (ore 9.30) 5 aprile 2005 (ore 9.30)
lunedlunedìì 26 giugno 2006 (ore 9.30) 26 giugno 2006 (ore 9.30)
lunedlunedìì 10 luglio 2006 (ore 9.30) 10 luglio 2006 (ore 9.30) mercoledmercoledìì 6 settembre 2006 (ore 9.30) 6 settembre 2006 (ore 9.30)
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Testi consigliatiTesti consigliati
Introduzione al corso
Colombo P., Colleselli F. (1996) “Elementi di Geotecnica”Zanichelli, Bologna
Lancellotta R. (1993) “Geotecnica” Zanichelli, Bologna (Nuova Edizione)
Le dispense del Corso, esercizi e compiti svolti disponibili presso il sito: http://freedom.dicea.unifi.it/Claroline-1.3.1/
(Percorso GEO3 documenti)
Sintesi del testo “Soil Mechanics & Foundations” di MuniBudhu, comprendente esercizi, animazioni, laboratorio geotecnico virtuale, quiz, etc.. accessibile dai computers del laboratorio L.D.D.T.
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica Introduzione al corso
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Orario di ricevimentoOrario di ricevimento
Giovedì mattina (10.00-12.30)
Previo appuntamentovia telefono (055.4796354)via e-mail ([email protected])
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica Origine e struttura dei terreni
La Geotecnica è una disciplina che tratta la meccanica dei terreni e delle rocce, e le sue applicazioni nell’ambito dei problemi di ingegneria civile e ambientale (fondazioni, opere di sostegno, stabilità dei pendii,miglioramento e rinforzo dei terreni, etc..)
I terreni (o rocce sciolte) sono aggregati di particelle, o granuli, di minerali e materiali organici, generalmente sciolti o con deboli legami di cementazione o di adesione che possono essere distrutti con semplice agitazione meccanica o in acqua.
Le rocce (lapidee) sono aggregati naturali di minerali tra i quali si esercitano forze attrattive e di adesione di notevole entità che conferiscono all’insieme valori elevati della resistenza meccanica.
GEOTECNICA
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Origine e struttura dei terreni
GEOTECNICAL’ Ingegneria Geotecnica è coinvolta nella risoluzione di una serie di problematiche relative a:1. Analisi e progettazione di fondazioni
Sears Tower, ChicagoPetronas Towers, Kuala Lampur
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Origine e struttura dei terreni
GEOTECNICA
2. Progettazione ed analisi di stabilità di dighe e discariche
Norman Landfill, U.S.Hoover dam, Colorado
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Origine e struttura dei terreni
GEOTECNICA
3. Analisi di stabilità di opere in terra (muri di sostegno, pendii, etc.)
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Origine e struttura dei terreni
GEOTECNICA
4. Conservazione di monumenti, etc.
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Origine e struttura dei terreni
Il terreno può essere schematizzato come mezzo particellare polifase, costituito da:
TERRENO :MEZZO “POLIFASE”
uno scheletro solido, formato dall’insieme di tutti i granuli, o meglio, di tutte le particelle
una fase liquida (generalmente acqua)una fase gassosa (generalmente aria e/o vapor d’acqua).
⇒ Non è continuo, né omogeneo, néisotropo PARTICELLE
SOLIDE
ACQUA INTERSTIZIALE
ARIA +VAPOR D’ACQUA
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Origine e struttura dei terreni
ORIGINE DEI TERRENII terreni derivano dai processi di alterazione:
fisica o meccanica legati a fenomeni di erosione delle acque, all’azione di agenti atmosferici (gelo, variazioni termiche), all’azione delle piante, degli animali, dell’uomo;
alterazione chimica o organica legati a fenomeni di ossidazione, riduzione ed altre reazioni chimiche generate dagli acidi presenti nell’acqua o prodotti dai batteri.
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Origine e struttura dei terreni
STRUTTURA DEI TERRENI
Il comportamento del terreno dipende dalle sue caratteristiche strutturali:
MICROSTRUTTURA (forma, dimensione dei grani, disposizione geometrica e legami fra le particelle) ;
MACROSTRUTTURA (Fessure, intercalazioni, inclusioni rilevabili alla scala del campione da laboratorio);
MEGASTRUTTURA (giunti, discontinuità, faglie etc.. osservabili in sito a grande scala)
A livello di microstruttura esistono due tipi di interazione:
un’interazione di tipo meccanico, dovuta alle forze di massa o di volume;un’interazione di tipo chimico, dovuta alle forze di superficie;
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Origine e struttura dei terreni
STRUTTURA DEI TERRENI
La prevalenza delle forze di volume o delle forze di superficie è qualcosa legato essenzialmente alla geometria dei granuli, ovvero alla superficie riferita all’unitàdi massa, che si definisce superficie specifica:
dove S è la superficie del granulo, M la massa, V il volume e ρ la densità
VS
MSSsp ⋅
==ρ
Dimensione media [mm]
Superficie specifica [m
2/g]
SABBIE (forma sub-sferica) 2 mm 2⋅10-4
MINERALI ARGILLOSI (forma lamellare): MONTMORILLONITE 10-6 fino a 840 ILLITE (0.03 ÷ 0.1)x 10-3 65 ÷ 200 CAOLINITE (0.1 ÷ 4) x 10-3 10 ÷ 20
Valori elevati implicano prevalenza di forze di superficie (granuli attivi) Valori bassi implicano prevalenza di forze di volume (granuli inerti)
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Origine e struttura dei terreni
STRUTTURA DEI TERRENI
Una prima distinzione tra i vari tipi di terreno, che ne differenzia notevolmente il comportamento, può essere fatta in base alle dimensioni e alla forma delle particelle (che dipendono dai minerali costituenti) :
TERRENI A GRANA GROSSA (ghiaie e sabbie) e forma sub-sferica, o comunque compatta
TERRENI A GRANA FINE (limi e argille) e forma appiattita o lamellare;
N.B. I terreni naturali consistono generalmente in una miscela di più tipi di terreno appartenenti alle due categorie suddette, a cui può aggiungersi talvolta del materiale organico.
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Origine e struttura dei terreni
TERRENI A GRANA GROSSA
I TERRENI A GRANA GROSSA (ghiaie e sabbie) sono caratterizzati da:
i. STRUTTURA A GRANI SEPARATI (riconoscibili a occhio nudo e costituiti frammenti di roccia o da singoli minerali o da frammenti di minerali sufficientemente resistenti e stabili dal punto di vista chimico, come ad esempio quarzo, feldspati, mica, granati, ecc..);
ii. FORMA DELLE PARTICELLE TOZZA (arrotondata o irregolare)
iii. VALORI BASSI DELLA SUPERFICIE SPECIFICA (< 10-2 m2/g)
iv. INTERAZIONE TRA I GRANI DI TIPO MECCANICO (prevalgono le forze di massa)
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Origine e struttura dei terreni
TERRENI A GRANA GROSSA
Il comportamento dei terreni a grana grossa dipende soprattutto :
dalle DIMENSIONI;
dalla FORMA (angolare, sub-angolare, sub-
arrotondata, arrotondata) ;
dalla DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA ;
dallo STATO DI ADDENSAMENTO dei granuli
ANGOLARE
ARROTONDATA SUBARROTONDATA
SUBANGOLARE
SABBIA BENE ASSORTITA SABBIA POCO ASSORTITA
SABBIA SCIOLTA SABBIA DENSA
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Origine e struttura dei terreni
TERRENI A GRANA FINE
I TERRENI A GRANA FINE (limi e argille) sono caratterizzati da:
i. PARTICELLE COLLOIDALI DI FORMA LAMELLARE (non visibili a occhio nudo);
ii. FORMA DELLE PARTICELLE APPIATTITA
iii. VALORI ELEVATI DELLA SUPERFICIE SPECIFICA (> 10 m2/g)
iv. INTERAZIONE CHIMICA TRA PARTICELLE E ACQUA(prevalgono le forze di superficie)
iv. STRUTTURA AGGREGATA
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Origine e struttura dei terreni
TERRENI A GRANA FINE
Le unità elementari sono rappresentate da tetraedri(con atomo di silicio al centro e ossigeno ai vertici) o ottaedri (con atomi di alluminio o magnesio al centro e ossidrili ai vertici)
e e
a) b)= sil icio
e = ossidrili = alluminio, magnesio
I terreni a grana fine sono aggregati di particelle colloidali di forma lamellare, che risultano dalla combinazione di molecole (o unità elementari). :
che si combinano tra loro per formare reticoli piani (pacchetti elementari).
Successive combinazioni diverse di pacchetti elementari danno origine alle particelle di argilla, ai granuli.
++--
--
--
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Origine e struttura dei terreni
ACQUA LIBERA E INTERSTIZIALE
Il comportamento dei terreni a grana fine dipende soprattutto :
dalle COMPOSIZIONE MINERALOGICA;
dall’interazione col FLUIDO INTERSTIZIALE.
H + H+Acqua adsorb ita
Cristallo di m ontmorillonite (100x1nm)Cristallo di caolinite (1000x100nm)
O-
L’acqua che si trova immediatamente a contatto con le particelle è parte integrante della loro struttura ed è definita “acqua adsorbita”
+
+
2-H
H
O
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ACQUA LIBERA E INTERSTIZIALE
Allontanandosi dalla superficie delle particelle i legami diventano via via più deboli, finché l’acqua assume le caratteristiche di “acqua libera” o “acqua interstiziale”.
0 5 10 15 20 25 30 35 Distanza dalla superficie della particella (in micron)
PARTICELLA
molecole d’acqua
acqua adsorbita
acqua pellicolare
acqua gravifica
acqua di ritenzione
ANDAMENTO DELLA FORZA DI ATTRAZIONE
TRA PARTICELLA E MOLECOLE D’ACQUA
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Origine e struttura dei terreni
STRUTTURA AGGREGATALe particelle di argilla risultano cariche negativamente in superficie e tendono a manifestare forze di repulsione, alle quali si sommano forze di tipo attrattivo (Van der Walls), legate alla struttura atomica del materiale.
a) STRUTTURA DISPERSA(prevalenza di azioni repulsive)
b) STRUTTURA FLOCCULATA(prevalenza di azioni attrattive)
La risultante di tali azioni dipende dalla distanza tra le particelle e dall’ambiente chimico di deposizionec) DEPOSIZIONE IN ACQUA SALMASTRA
(si riducono le azioni repulsive)d) DEPOSIZIONE IN ACQUA DOLCE
(struttura orientata)
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Origine e struttura dei terreni
RELAZIONI TRA LE FASI
P
Gas
Acqua
Particellesolide
PW
PS
VG
VW
VS
VV
V
Un terreno è un sistema multifase, costituito da uno scheletro formato da particelle solide e da una serie di vuoti, che possono essere a loro volta riempiti di liquido (generalmente acqua) e/o gas (generalmente aria e vapor d’acqua):Vs = volume del solido (inclusa l’H2O adsorbita)VW = volume dell’acqua (libera)VG = volume del gasVV = volume dei vuoti (VW+VG)V = volume totale (VS+VW+VG)
PW = peso dell’acquaPS = peso del solidoP = peso totale (PW +PS)
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Origine e struttura dei terreni
1. POROSITÀ 100(%) ⋅=VvV
nn=0 solido continuo,n =100% non vi è materia solida)
2. INDICE DEI VUOTIs
v
VV
e =
3. VOLUME SPECIFICOsV
Vv =
v = 1+ e;)100/(1
)100/(n
ne−
=
4. GRADO DI SATURAZIONESr=0 terreno asciutto,Sr=100% terreno saturo 100
VVw(%) S
vr ⋅=
5. CONTENUTO D’ACQUA 100(%) ⋅=s
w
PP
w
RELAZIONI TRA LE FASI
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Origine e struttura dei terreni
6. PESO SPECIFICO DEI COSTITUENTI SOLIDI
7. PESO DI VOLUME
8. PESO DI VOLUME DEL TERRENO SECCO
9. PESO DI VOLUME SATURO
10. PESO DI VOLUME IMMERSO
γs ss
PV
=
VP
=γ
VPs
d =γ )0S per VP ovvero( r =
VP
sat =γ
wsat' γγγ −=
(per Sr=100% )
dove γw è il peso specifico dell’acqua (9.81 kN/m3)
N.B. Mentre 0 < Sr < 100%, 0 < n < 100%, w può essere maggiore di 100%γd (Sr = 0) <γ < γsat (Sr = 100%)
[kN/m3]
[kN/m3]
[kN/m3]
[kN/m3]
RELAZIONI TRA LE FASI
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Origine e struttura dei terreni
11. DENSITÀ RELATIVA 100(%) minmax
max ⋅−−
=ee
eeDr
dove emax ed emin sono rispettivamente gli indici dei vuoti corrispondenti al minimo e al massimo stato di addensamento
RETICOLO CUBICO
RETICOLO TETRAEDRICO
n (%) e γd (kN/m3) γ (kN/m3) GHIAIA 25-40 0.3-0.7 14-21 18-23 SABBIA 25-50 0.3-1.0 13-18 16-21 LIMO 35-50 0.5-1.0 13-19 16-21 ARGILLA 30-70 0.4-2.3 7-18 14-21 TORBA 75-95 3.0-19.0 1-5 10-13
γs (kN/m3) SABBIA QUARZOSA 26
LIMI 26.3-26.7 ARGILLE 23.9-28.6 BENTONITE 23
RELAZIONI TRA LE FASI
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Le proprietà che risultano indipendenti dalla storia tensionale e dalle condizioni ambientali che caratterizzano il terreno allo stato naturale, vengono dette proprietà indici.
Tra le proprietà indici possono essere annoverate anche: la granulometriae i limiti di Atterberg, che verranno definite nei paragrafi seguenti.
- la granulometria
PROPRIETÀ INDICI
- i limiti di Atterberg
OrigineOrigine e e strutturastruttura deidei terreniterreni –– FondamentiFondamenti didi GeotecnicaGeotecnicaCorsoCorso didi LaureaLaurea in in ScienzeScienze dell’Ingegneriadell’Ingegneria EdileEdile A.A. 2004/2005A.A. 2004/2005 29/4929/49
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica
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Origine e struttura dei terreni
COMPOSIZIONE GRANULOMETRICAIl comportamento dei terreni a grana grossa è marcatamente influenzato dalle dimensioni dei grani e dalla distribuzione percentuale di tali dimensioni, ovvero dalla granulometria.
L’analisi granulometrica consiste nella determinazione della distribuzione percentuale del diametro dei granuli presenti nel terreno e può essere eseguita mediante due tecniche:
1. setacciatura per la frazione grossolana (diametro dei grani maggiore di 0.074 mm)
2. sedimentazione per la frazione fine (diametro dei grani minore di 0.074 mm) quando supera il 10% del peso totale
I risultati dell’analisi granulometrica vengono riportati in un diagramma semilogaritmico, con il diametro (equivalente), D, delle particelle (setacci) in ascissa e la percentuale di passante in ordinata (curva granulometrica) .
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Origine e struttura dei terreni
COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA
10
60
DD
U =1060
230
DDD
C⋅
=COEFFICIENTE DIUNIFORMITÀ
COEFFICIENTE DICURVATURA
D60
60%
D10
10%
Terreno 1(ben gradato)
Terreno 3(uniforme)
Terreno 2(granulometria estesa con mancanza di certi diametri)
Terreno 1: D60 = 3 mm, D30 = 0.22 mm, D10 = 0.008 mm,
U = 375.0; C =2.0
Terreno 2: D60 = 0.93 mm, D30 = 0.038 mm, D10 = 0.023 mm,
U = 40.4; C =0.07
Terreno 3: D60 = 0.42 mm, D30 = 0.24 mm, D10 = 0.2 mm,
U = 2.1; C = 0.69
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Origine e struttura dei terreni
COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA1. La setacciatura viene eseguita utilizzando una serie di setacci (a maglia quadrata) e/o crivelli (con fori circolari) con aperture di diverse dimensioni , disposti uno sull’altro, con apertura delle maglie decrescente verso il basso.
N . A STM A pertura delle m aglie , D[m m ]
4 4 .76 6 3 .36 8 2 .38
10 2 .00 12 1 .68 16 1 .19 20 0 .840 30 0 .590 40 0 .420 50 0 .297 60 0 .250 70 0 .210
100 0 .149 140 0 .105 200 0 .074
1001 ⋅−
=∑=
T
i
kkT
di P
PPP
dove:Pdi = passante al setaccio i-esimoPk = trattenuto al setaccio k-esimoPT = peso totale campione
Dim
ensi
one
dei s
etac
ci c
resc
ente
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Origine e struttura dei terreni
COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA
2. L’analisi granulometrica per sedimentazione si basa sulla legge di Stokes:
v g Ds w=−⋅
⋅ ⋅ρ ρ
η182
dove:v (mm/s) è la velocità di precipitazione di una particellasferica in un liquido viscoso,
ρs e ρw (Mg/m3) le densità rispettivamente dei grani e dell’acqua,
η (Pascal s) è la viscosità dell’acqua, D (mm) il diametro della particella
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Origine e struttura dei terreni
LIMITI DI ATTERBERG (LLAA)
Il comportamento dei terreni a grana fine è marcatamente influenzato dall’interazione delle particelle di argilla con il fluido interstiziale (acqua), ed è strettamente legato alla loro composizione mineralogica.
CO
NTE
NU
TO D
’AC
QU
A
LIQUIDO
PLASTICO
SEMISOLIDO
SOLIDO DIM
INU
ZIO
NE
DEL
miscela fluida terra-acqua
terreno secco
LIMITE LIQUIDO, wL
LIMITE PLASTICO, wP
LIMITE DI RITIRO, wS
w
Così è importante non solo conoscere la quantità di acqua contenuta allo stato naturale, ma anche confrontare questo valore con quelli corrispondenti ai limiti di separazione tra stati fisici particolari (limiti da Attrberg).
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Origine e struttura dei terreni
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA
1. Un prefissato volume di terreno, prelevato dal passante al setaccio n. 40 (0.42 mm), viene mescolato con acqua distillata fino ad ottenere una pastella omogenea
LIMITE LIQUIDO, wL
2. L’impasto viene disposto nel cucchiaio, praticando nella zona centrale un solco di 2 mm di larghezza e 8 mm di altezza. Vengono contati i colpi necessari a far richiudere il solco per una lunghezza di 13 mm.
3. Viene poi prelevato un po’ di materiale dal cucchiaio e determinato su questo il valore del contenuto d’acqua.
4. La procedura viene ripetuta più volte variando la quantità di acqua nell’impasto, in modo da ottenere una serie di coppie (4 o 5) di valori, numero di colpi-contenuto d’acqua
5. si assume convenzionalmente come il limite liquido, wL il contenuto d’acqua corrispondente a 25 colpi determinato per interpolazione
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Origine e struttura dei terreni
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA
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Origine e struttura dei terreni
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA
1. Si impasta una certa quantità di terreno passante al setaccio n. 40 (0.42 mm) con acqua distillata in modo da formare dei bastoncini di 3.2 mm (1/8 in.) di diametro
LIMITE PLASTICO, wP
2. Tali cilindretti vengono fatti rotolare continuamente su una lastra di materiale poroso (in modo da perdere progressivamente acqua)
3. Quando iniziano a fessurarsi, si determina il contenuto d’acqua e questo rappresenta il limite plastico, wP
4. La procedura viene ripetuta almeno tre volte e si assume come wP il valor medio
≅ 3.2 mm
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Origine e struttura dei terreni
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA
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Origine e struttura dei terreni
DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA
1. Si determina in laboratorio su un provino indisturbato che viene essiccato per passi successivi, misurando ad ogni passaggio il volume e il contenuto d’acqua
LIMITE DI RITIRO, wS
2. I valori del volume vengono riportati in un grafico in funzione del contenuto d’acqua
3. wS è definito come il contenuto d’acqua corrispondente al punto di intersezione tra le tangenti alla parte iniziale e finale della curva ottenuta interpolando i punti sperimentali
N.B. wS ha un interesse molto limitato per le applicazioni in ingegneria civile e non viene di norma determinato; non è un valore convenzionale, legato alla procedura di determinazione, ma ha un preciso significato fisico.
volu
me
contenuto d’acqua, wwS
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Origine e struttura dei terreni
INDICI DI CONSISTENZA
INDICE DI PLASTICITÀ, IP
CF
IP
I a= 0.75
I a= 1
.25
Inattivi
Normalmenteattivi
Attivi
IP (%) = wL -wP
CFII P
a = (Indice di attività)
dove CF = % in peso con diametro d < 0.002 mm
INDICE DI LIQUIDITÀ, IL
P
PL I
wwI −=
INDICE DI CONSISTENZA, IC
LP
LC I
Iww
I −=−
= 1
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Origine e struttura dei terreni
L’indice di consistenza, Ic, oltre ad indicare lo stato fisico in cui si trova il terreno, fornisce informazioni qualitative sulle sue caratteristiche meccaniche; all’aumentare di IC aumenta la resistenza al taglio del terreno e si riduce la sua compressibilità.Da notare anche l’analogia tra IC per terreni a grana fine e Dr per i terreni a grana grossa.
INDICI DI CONSISTENZATERRENO IP
Non Plastico 0 - 5
Poco Plastico 5 - 15
Plastico 15 - 40
Molto Plastico > 40
CONSISTENZAFluida
Fluido-PlasticaMolle-Plastica
PlasticaSolido-Plastica
Semisolida (w > wS)o Solida (w < wS)
IP (%)
200-650
50-65
10-25
IC
< 00 – 0.25
0.25 – 0.500.50 – 0.75
0.75 – 1
> 1
wP (%)
55-100
45-60
30-40
Minerale argilloso
Montmorillonite
Illite
Caolinite
wL (%)
300-700
95-120
40-60
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Origine e struttura dei terreni
I sistemi di classificazione sono una sorta di linguaggio di comunicazione convenzionale per identificare (attraverso alcuni parametri significativi) il tipo di materiale, in modo da fornirne, almeno a livello qualitativo, delle indicazioni sul comportamento.
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE
I parametri utilizzati:devono essere significativi e facilmente misurabili mediante
procedure standardizzate;non devono essere riferiti ad uno stato particolare, ossia devono
essere indipendenti dalla storia del materiale, dalle condizioni di sollecitazione o da altre condizioni al contorno.
PROPRIETÀ INDICI (granulometria per terreni a grana grossa e composizione mineralogica per i terreni a grana fine)
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Origine e struttura dei terreni
Sistemi di classificazione basati unicamente sulla granulometria , validi solo per i materiali a grana grossa (ghiaie e sabbie):
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE
I termine: nome della frazione granulometricaprevalenteII termine: nomi delle eventuali frazioni maggiori del 25%, precedute dal prefisso conIII termine: nomi delle eventuali frazioni comprese tra il 15% e il 25%, con il suffisso osoIV termine: nomi delle eventuali frazioni minori del 15%, con il suffisso oso, precedute dal prefisso debolmente.
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Origine e struttura dei terreni
Sistema di classificazione di Casagrande , valido per i materiali a grana fine (limi e argille):
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE
Indi
ce d
i pla
stic
ità, P
I (%
)
w =
30
%L
w =
50
%L
Limite di liquidità, w (%)L
PI = 0.73 (w
- 20)
L
LINEA A
02020
20
401
23
6
5440
60
60
80 100
1
2
3
4
5
6
Limi inorganici di media compressibilitàe limi organiciLimi inorganici di alta compressibilitàe argille organicheArgille inorganiche di bassa plasticità
Argille inorganiche di media plasticità
Argille inorganiche di alta plasticità
Limi inorganici di bassa compressibilità
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Origine e struttura dei terreni
Sistemi di classificazione basati sulla granulometria e sulla composizione mineralogica, validi per tutti i terreni
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE
SISTEMA USCS (Unified Soil Classification System) Terreni d fondazione
1) Si analizza il passante al setaccio N.200, P200:
1a lettera: G, S
1a lettera: M, C,O
P200 < 50%
P200 > 50%
(terreno a grana grossa, punto 2)
(terreno a grana fine, punto 3)
2a) Si analizza il passante al setaccio N.4, P4:
1a lettera: G (ghiaia)
1a lettera: S (sabbia)
100 - P4 > P4 – P200
100 - P4 < P4 – P200
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Origine e struttura dei terreni
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE2b) Si analizza il passante al setaccio N.200, P200:
Componente fine trascurabile:si determina dalla curva granuolmetrica U, C
P200 < 5%
U > 4 (G) o U > 6 (S)1 < C < 3
2a lettera: W (ben gradato)
v
altrimenti
2a lettera: P (poco gradato)P200 > 12% Componente fine significativa:
si determinano i limiti di Atterberg sul passante al setaccio N.40 e si segue il punto 3.
v
2a lettera: M (limoso) 2a lettera: C (argilloso)5% < P200 < 12% si determinano i limiti di Atterberg sul passante al
setaccio N.40 e U, C dalla curva granulometrica
DOPPIO SIMBOLO CON 2a lettera: M o C, W o P
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Origine e struttura dei terreni
3a) Si determinano i limiti di Atterberg sul passante al setaccio N.40 e si consulta la Carta di Plasticità di Casagrande (modificata) :
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE
1a lettera: C (argilla)Sopra la retta IP = 0.73 (wL-20)
3b) Si analizza il il limite liquido, wL:
2a lettera:L (bassa plasticità)
wL < 50%
1a lettera: M (limo) o O (organico)Sotto la retta IP = 0.73 (wL-20)
2a lettera:H (alta plasticità)
wL > 50%
wL > 10%4% < Ip < 8%IP > 0.73 (wL-20)
DOPPIO SIMBOLO:CL-ML
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Origine e struttura dei terreni
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONESISTEMA HRB (Highway Research Board) Costruzioni stradali
(N.B.Quando un terreno rientra in più categorie sia adotta quella corrispondente ai limiti piùrestrittivi )
Classificazione generale:
Classificazione di gruppo:
Analisi granulometrica:% passante al setaccio:- N.10 (2mm)- N.40 (0.12 mm)- N.200 (0.074 mm)
Limiti di Atterbergdeterminati sul passante al setaccio N.40 (0.42 mm):- wL (%)- Ip (%)
Indice di gruppo (I):Materiale costituente:
Materiale come sottofondo:*Note: Se IP ≤ wL – 30 A-7-5; Se IP ≥ wL – 30 A-7-6
Materiali granulari(passante al setaccio N.200 ≤ 35%)
Limi-Argille(passante al setaccio N.200 ≥ 35%)
A-1A-1-a A-1-b
A-3A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
A-2 A-4 A-5 A-6 A-7A-7-5*A-7-6
≤ 50≤ 30≤ 15
≤ 50≤ 25
≥ 51≤ 10 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36 ≥ 36
≤ 6Non
plastico ≤ 10≤ 40
≤ 10≥ 41
≥ 11≤ 40 ≥ 41
≥ 11≤ 40≤ 10 ≤ 10
≥ 41≥ 11≤ 40 ≥ 41
≥ 11
0
Ghiaia (pietrame)con sabbia
0 0 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 12 ≤ 16 ≤ 20
SabbiaGhiaia e sabbia
limosa o argillosa Limi Argille
Da eccellente a buono Da buono a scarso
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Origine e struttura dei terreni
SISTEMI DI CLASSIFICAZIONEL’indice di gruppo è definito come:
I = 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 bddove:a = % passante al setaccio 200 maggiore del 35% e minore del 75%,
espressa come numero intero compreso tra 0 e 40b = % passante al setaccio 200 maggiore del 15% e minore del 55%,
espressa come numero intero compreso tra 0 e 40c = valore del limite liquido maggiore di 40 e minore di 60,
espresso come numero intero compreso tra 0 e 20d = valore dell’indice di plasticità maggiore di 10 e minore di 30,
espresso come numero intero compreso tra 0 e 20
(N.B. In entrambi i sistemi di classificazione, la presenza di materiale organico in un terreno può essere rilevata attraverso la determinazione del limite liquido prima, wL, e dopo l’essiccamento, wL’. L’essiccamento provoca infatti nei materiali organici dei processi irreversibili con riduzione di wL; se wL’/wL > 0.75, il materiale viene ritenuto organico)