7 Meccanica del terreno
7.1 Caratteristiche dei terreni
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7.1.1 Il terreno: generalità e indagini
Indagini del sottosuolo
Il prelievo dei campioni
Campionature superficiali
In alcuni casi possono essere previste delle campionature del
terreno in superficie oppure a limitate profondità, asportando
prima lo strato di terreno vegetale.
Se il terreno è coerente, con l’uso di normali attrezzature, vengono estratti dei cubi di terra con lato minimo di circa 20 ÷ 25 cm
e viene utilizzata per le prove la loro parte interna dove la terra
non ha subito modifiche o alterazioni.
Quando invece il terreno è incoerente, viene utilizzato un apparecchio formato da un cilindro in ferro con il bordo inferiore
tagliente, inserito in una guida cilindrica metallica, che viene infisso a mano nel terreno fino al suo totale riempimento, quindi
il provino viene tagliato alla base e il cilindro viene chiuso agli
estremi con due coperchietti [fig.a].
attrezzatura della campionatura in superficie, evitando che le
terre dei vari strati si possano mescolare.
Perforazioni meccaniche. Consentono di prelevare campioni intatti di terreno che permettono di individuare bene le
sue caratteristiche.
Vengono impiegate le sonde che possono essere a percussione,
a rotazione e a roto-percussione; le prime sono adatte per terreni incoerenti, mentre le altre vengono impiegate su terreni resistenti. Queste apparecchiature vengono azionate da un motore
e possono essere montate su una semplice intelaiatura, detta
capra, o su carrelli a ruote o a cingoli dotati di motore diesel,
che consentono rapidi spostamenti della macchina; lo stesso
motore aziona l’apparecchiatura di perforazione.
La sonda a percussione è dotata di un utensile a scalpello capace di tagliare il terreno ed è collegata a un cavo di acciaio;
viene fatta cadere ripetutamente da una determinata altezza
attraverso una struttura guida esterna e si realizza un foro nel
terreno fino alla profondità voluta.
Quando le terre sono incoerenti, per cui le pareti del foro possono franare, contemporaneamente alla sonda vengono fatti
avanzare dei tubi in lamiera avvitati fra loro, entro i quali
scorre la sonda, che sostengono la parete. Anziché i tubi è possibile impiegare i fanghi bentonitici che realizzano una spinta
idrostatica contro il terreno e, quando sono a riposo, ne aumentano contemporaneamente la resistenza meccanica.
Alle varie profondità stabilite si effettua il prelievo del campione di terreno mediante dei campionatori di vario tipo.
Il campionatore più semplice è quello di Casagrande, costituito da un tubo cilindrico con bordo inferiore tagliente che
superiormente viene avvitato a una serie di aste metalliche
[fig. b]. Il campionatore viene calato nel foro e fatto affondare
nel terreno. Tramite un cavetto di acciaio, manovrabile in superficie, viene tagliato il campione di terra e quindi si estrae
l’apparecchio.
Fig. a
Campionature in profondità
Possono essere eseguite mediante pozzi, perforazioni e trivellazioni.
Pozzi. È un sistema di perforazione manuale utilizzato da
tempi antichissimi e oggi quasi abbandonato; richiede molto
tempo e non permette di arrivare a notevoli profondità.
Con il sistema dei pozzi si ottengono però buoni risultati, poiché si può osservare facilmente la stratigrafia del terreno e prelevare i campioni sulle pareti e sul fondo con la stessa semplice
Fig. b
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7.1.1 Il terreno: generalità e indagini
Con la sonda a percussione è possibile raggiungere i 40 ÷ 50 m
di profondità.
Il campione di terra può essere facilmente recuperato disponendo all’interno del campionatore un secondo cilindro tagliato a metà lungo una generatrice, perfettamente aderente al
primo e a esso fissato mediante un bullone [fig. c] per cui può
essere sfilato con facilità e costituisce l’involucro per la conservazione del campione.
Fig. c
La sonda a rotazione viene impiegata quando si hanno terreni
molto resistenti nei quali le sonde precedenti sono inefficaci.
Permette di eseguire una perforazione senza interruzioni prelevando campioni cilindrici, detti carote, della lunghezza di
2,00 ÷ 3,00 m che consentono di ottenere una serie stratigrafica continua.
Il moto rotatorio viene impresso ad aste avvitate in serie man
mano che aumenta la profondità della perforazione, all’estremità inferiore delle quali sono montati degli scalpelli o corone di perforazione.
Per l’estrazione del provino di terra vengono utilizzati dei
campionatori (o carotieri) con diametri di 7 ÷ 15 cm [fig. d].
Con le sonde a rotazione si possono raggiungere le profondità di 50 ÷ 150 m.
Le moderne attrezzature di perforazione possono operare con
un sistema misto a percussione e a rotazione in funzione
delle caratteristiche degli strati di terreno da attraversare; in
genere la prima parte della perforazione viene eseguita a percussione e successivamente si passa alla rotazione.
Con le trivellazioni per l’esecuzione del foro vengono utilizzate
le trivelle a spirale con vite senza fine che hanno lo svantaggio
di mescolare notevolmente il terreno rendendolo inconsistente
anche se in realtà non lo è, per cui i campioni prelevati non servono molto ai fini di un esame preciso del terreno, ma forniscono
solo un’idea sommaria delle sue caratteristiche, utili per individuare i punti dove effettuare i prelievi con altri sistemi.
Con le trivellazioni è possibile raggiungere profondità di circa
40 m.
Fig. d
Indagini geofisiche del sottosuolo
Quando si deve operare in zone di terreno molto vaste vengono di norma effettuate le indagini geofisiche, basate su principi fisici, che consentono di analizzare il terreno a profondità
maggiori rispetto alle perforazioni, sono di rapida esecuzione
ed economiche, però, per effettuare studi geotecnici, è necessario avere una conoscenza del sottosuolo.
Esistono vari metodi, ma i più usati sono quelli gravimetrico,
elettrico e sismico.
Metodo gravimetrico
Permette di studiare la distribuzione della densità del sottosuolo utilizzando la misura dei campi di gravità naturali, per
cui se il terreno è omogeneo il campo gravitazionale è costante, mentre se il terreno è eterogeneo il campo gravitazionale è variabile; è quindi possibile, noto il peso volumico dei
terreni nelle varie zone, determinare con buona approssimazione la forma e la posizione delle zone stesse.
L’apparecchio fornisce risultati attendibili ripetendo la prova
più volte nello stesso punto ed è adatto per terreni pianeggianti.
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7.1.1 Il terreno: generalità e indagini
Metodo elettrico
La diversità fra i vari strati di terreno determina una differente
resistività elettrica, ossia i terreni oppongono una differente
resistenza al passaggio della corrente elettrica.
Note l’intensità di corrente J [fig. e] e la differenza di potenziale fra i due elettrodi M1 ed M2, è possibile calcolare la resistività elettrica del terreno; se questo è omogeneo la
resistività ottenuta dal calcolo è effettiva, mentre se il terreno
è eterogeneo si ottiene una resistività apparente che è la media
di quelle effettive esistenti in un prisma di terra proporzionale
alla distanza E1 E2 fra gli elettrodi di corrente.
Fig. e
Metodo sismico
Si basa sulla misurazione tramite sismografi delle onde sismiche prodotte artificialmente nel terreno in vari modi, generalmente con esplosivi, oppure con vibratori che generano
vibrazioni pulsanti.
Questo metodo, a differenza degli altri esaminati, ha una corrispondenza diretta con le caratteristiche meccaniche del terreno e non è influenzato da campi gravitazionali, elettrici e
magnetici naturali.
L’apparecchiatura consiste in un sismometro del tipo elettromagnetico e in un amplificatore elettronico che invia i segnali
a un registratore con carta fotografica o magnetica.
Volendo determinare l’altezza h di uno strato superficiale di
terreno [fig. f] si produce nel punto P un’esplosione e le onde
longitudinali che si generano vengono trasmesse al terreno e
captate dal sismometro (S), sono amplificate e quindi registrate, riportando anche il tempo impiegato che varia al variare della distanza d.
Fig. f
Fra le onde prodotte interessano l’onda diretta a, l’onda riflessa b e l’onda rifratta c che attraversano lo strato di terreno
sottostante a quello considerato. Riportando su un sistema di
assi le distanze in ascisse e i tempi in ordinate si ottengono i
diagrammi delle velocità delle varie onde [fig. g].
In base all’andamento dei diagrammi si può determinare l’altezza h dello strato in quanto l’ascissa del punto di intersezione D delle rette relative alle onde dirette e rifratte indica la
distanza percorsa dalle due onde nello stesso tempo e fornisce
indicazioni circa la natura dei terreni che hanno velocità di
propagazione differenti in relazione alla natura del terreno.
Fig. g
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