Corso di Laurea a ciclo Unico in Ingegneria Edile‐Architettura
Geotecnica e Laboratorio
Proprietà indici e granulometria delle terre
Proprietà indici e granulometria delle terre
Prof Ing Marco Favaretti
Prof. Ing. Marco Favaretti
e‐mail: [email protected]
website: www.marcofavaretti.net
1
INGEGNERIA GEOTECNICA
• Il comportamento del terreno è complesso:
– Anisotropo
– Non omogeneo
– Non lineare
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
Relazioni empiriche
– Modelli e Applicazioni numeriche
– Esperienza, giudizio, fattore di sicurezza
p
,g
,
2
ROCCE
Ignee
Metamorfiche
Sedimentarie
Alterazione
Meccanica
Alterazione
Chimica
(a grana grossa)
(a grana fine)
1‐ Clima (Temperatura & Pioggia
2‐ Sfogliamento (tensioni per comprex e trazione
3‐ Erosione per gravità, vento, acqua, ghiaccio
3‐ attività organiche (radici, insetti ecc.)
1‐ Ossidazione
2‐ Percolazione
3‐ Idrolisi
4‐ Soluzione
terreno
Sviluppo in situ dalla decompo‐
sizione della roccia. I terreni residuali hanno caratteristiche geomorfiche strettamente cor‐
relate con la roccia di origine
Terreno
residuale
FORMAZIONE
TERRENO
Terreno Terreno
Trasportato
1‐ Gravità
Colluviale
2‐ Acqua
Alluvionale
3‐ Vento
Eolico
4‐ Ghiaccio
Glaciale
Trasporto e Deposizione
1‐Acqua Terreno Alluvionale
1‐ Fluviale 2 di Estuario 2‐
di E t i
3‐ Lacustre 4‐ Costiero
5 Marino
5‐
2‐ Ghiaccio Terreni Glaciali 1‐Hard
1
Hard Pan Pan
2‐Morene 3‐ Vento 3
Vento
Terreni Eolici Terreni
Eolici
1‐Dune di sabbia 2‐Loess 4‐ Gravità
Terreni Colluviali 1‐Talus 2 - Ghiaccio
3 - Vento
4 - Gravità
I terreni possono essere ‐ ASCIUTTI ‐ SATURI ‐completamente ‐ parzialmente • Possono avere differenti forma, tessitura e struttura
FORME: allungata rotonda piatta angolare
FORME: allungata, rotonda, piatta, angolare TESSITURA A
A grana grossa, media, fine di fi
(a occhio nudo)
STRUTTURA ..... sciolta, densa (terreni privi di coesione) ,
(
p
)
& alveolare, dispersa, flocculata (terreni coesivi)
Soil Structure
Coarse or Cohesionless Soil
((Sand & Gravel))
Loose
Dense
Fine or Cohesive Soil
(Silt & Clay)
Honeycomb
Dispersed
Flocculated
In Fresh Water
Flocculated
In Salt Water
Particella di argilla
Particella di argilla
9
Struttura (fabric) dell’argilla
Contatto spigolo‐faccia
Flocculata
Contatto faccia‐faccia
Dispersa
IlIl termine termine “fabric”
fabric viene usato per descrivere la disposizione geometrica delle viene usato per descrivere la disposizione geometrica delle
particelle argillose. I due casi estremi sono la flocculata e la dispersa.
10
Confronto tra minerali argillosi
g
Mineral
Specific surface
(m2/g)
C.E.C (meq/100g)
Kaolinite
10 20
10‐20
3 10
3‐10
Illite
80‐100
20‐30
Montmorillonite
800
80‐120
Chlorite
80
20‐30
11
Concentrazione di cationi nell’acqua
 la concentrazione dei cationi diminuisce allontanandosi dalla particella di argilla
la concentrazione dei cationi diminuisce allontanandosi dalla particella di argilla
Particella argillosa
+
+
+
+ + ‐ ‐
+
+
+
+
+ ‐ ‐
+ + + ‐ ‐
+
+ +
‐ ‐
+
+
+
‐ ‐
+
+
+
+ + ‐ ‐
+
+
+
+
‐ ‐
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ cationi
+ +
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
i
Doppio strato
+
+
+
+
+
+
+
Acqua libera
Acqua libera
Le facce di ciascuna p
particella sono caricate con cariche di segno
g negativo
g
che attraggono
gg
cationi presenti nell’acqua. Le superfici delle particelle caricate negativamente e le molecole
12
d’acqua orientate danno luogo al cosiddetto doppio strato diffuso.
Particella di argilla in acqua
Particella di argilla in acqua
Acqua adsorbita
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
‐
1nm
50 nm
Acqua libera
Doppio strato diffuso
13
Effetti dovuti alla dimensione dei grani
14
Relazioni tra fasi
15
Altre relazioni tra fasi
Valori tipici:
G = 2.602.75
 = 1.602.25 Mg/m3
s = 2.602.75 Mg/m3
n = 0.250.45 (sabbia)
(
)
S = 0 (terra secca)  100% (terra completamente satura)
16
Sistemi di classificazione delle terre
I sistemi di classificazione delle terre sono basati sulla distribuzione granulometrica e sui limiti di Atterberg.
American Association of State Highway & Transportation
American Association
State Highway & Transportation Officials (AASHTO)
Proposto inizialmente nel 1945
Classificazione su 8 gruppi principali (A 1  A‐8)
Classificazione su 8 gruppi principali (A‐1 
A 8)
Si basa sulla curva granulometrica, limite di liquità e indice di plasticità
Unified Soil Classification System (USCS)
Proposto inizialmente nel 1942 da Arthur Casagrande
Proposto
inizialmente nel 1942 da Arthur Casagrande
ASTM Designation D‐2487
Classificazione con simboli di gruppo
17
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
l i ià
L
bassa plasticità W
curva granulometrica ben l
ti b
distribuita P
curva granulometrica mal
curva granulometrica mal distribuita
CARTA DI PLASTICITA’ DI CASAGRANDE
18
Curva granulometrica
Ghiaia
Sabbia
19
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
5.
C
Come calcolare i coefficienti C
l l
i
ffi i ti Cu e C
CC della terra?
d ll t
?
6.
La CG può essere bene, poco o mal distribuita?
7.
Cosa sono i limiti di Atterberg e come li posso definire?
RISPOSTA
20
Gruppi di terreno
Terre
Coesive
argilla
Terre Granulari o prive di
coesione
limo
0.002
0.075
sabbia
ghiaia
2
ciottolo
60
masso
200
Dimensione del grano (mm)
Terre a
grana fine
Terre a grana
grossa
21
Distribuzione granulometrica
P
Procedura di prova
d
di
• Terre a grana grossa Analisi granulometrica
Terre a grana grossa
Analisi granulometrica
Terre a grana fine Analisi per sedimentazione
idrometro
Pila di setacci
agitatore
Sospensione di terra e acqua
e acqua
Vagliatura meccanica
Analisi per sedimentazione
22
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
ghiaia
hi i
sabbia
fi
fine
23
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
24
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
I setacci con fori > di quelli dell’ASTM n.4 (lato 4,76 mm) sono caratterizzati dalla lunghezza del lato della propria apertura
i
t
25
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
I setacci più piccoli sono numerati secondo il numero di fori per pollice li
lineare (25,4 mm)
(25 4
)
10 fori per pollice
# 10 setaccio
26
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
27
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
Set di vagli
Provino secco
Bil i
Bilancia
28
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
Scuotitore
meccanico
29
Analisi granulometrica per vagliatura meccanica
n.
setaccio
4
Diametro
(mm)
4 75
4,75
P netto
setaccio (g)
116 23
116,23
P lordo
setaccio (g)
166 13
166,13
P trattenuto
(g)
49 9
49,9
%
trattenuto
95
9,5
%
passante
90 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
200
00,106
106
0,075
93,15
93
15
90,92
184,15
184
15
101,12
91,00
91
10,2
17,44
17
1,9
46,11
46
44,1
fondo
-
70,19
301,19
231,0
44,1
0
30
Curve granulometriche
S
L
A
G
31
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)
D 60
Cu 
D10
Cc 
2
D30
(D 60 D10 )
32
Sistemi di classificazione
100
%te
Passing
Passant
(%)
80
densimetro
hydrometer
vagliatura
sieve
60
fines
fine
sabbia
sands
gravels
ghiaia
40
D10 = 0.013 mm
20
D
30
D30 = 0.47 mm
D60 = 7.4 mm
0
0.001
0.01
0.1
1
10
100
dimensione
Grain sizegrano
(mm) (mm)
33
Terre a granulometria ben o mal graduata
g
g
BEN GRADUATA
MAL GRADUATA
Uniforme
Ghiaia: hi i
Cc = 1‐3
Grani di pari i di
i
dimensione
Cu > 4
ATIPICA
Sabbia: Cc = 1‐3
Cu > 6
>6
Mancanza di una porzione significativa
porzione significativa di grani di specifiche dimensioni (gap graded)
34
Curve granulometriche
Coefficiente di uniformità
d60
U
d1o
U1 = 300
U2 = 2,5
35
w(%) 
Limiti di Atterberg
semisolido
fragile
peso acqua
x100
peso solidi
liquido
plastico
Ip
ws

wl
wp

w < ws
w  wp

w > wl
w  wl



wl, wp, ws: limiti di liquidità,
liquidità di plasticità
plasticità, di ritiro
Ip: indice di plasticità (wl – wp)
36
Limiti di Atterberg
Limite di liquidità
37
Limite di liquidità
Cucchiaio di Casagrande
38
39
Limiti di Atterberg
Limite di liquidità – elaborazione dei risultati sperimentali
40
Limiti di Atterberg
Limite di plasticità
41
42
43
Fasi di una terra sciolta
Parziale
saturazione
Completa
saturazione
S<100%
S=100%
Volume fase solida Vs
Volume fase liquida Vw
Volume fase gassosa Va
Volume dei vuoti Vv = Vw + Va
44
Indice dei vuoti
S<100%
S=100%
volume dei vuoti Vv
e
volume solidi Vs
Volume fase solida Vs
V l
Volume
f
fase
liquida
li id Vw
Volume fase gassosa Va
Saturazione = 100%
volume
l
acqua Vw
e
volume solidi Vs
Vv
tutti i pori (potenzialmente riempiti con acqua e/o
aria) sono riempiti di acqua
45
Contenuto d’acqua w - Peso di volume 
S<100%
S=100%
Pw
w
Ps
Ps  Pw
Ptotale


Vs  Vw  Va Vtotale
fase solida (Ps; Vs)
S = 100%
fase liquida (Pw; Vw)
fase g
gassosa (P
( a0;; Va)
 dry
d 
Ps
Vtotale
 satt
Ps  Pw

Vtotale46
Peso di volume 
Ps  Pw

Vtotale
S=100%
S = 100%
fase solida (Ps; Vs)
fase liquida (Pw; Vw)
 dry 
Ps
Vtotale
 sat
Ps  Pw

Vtotale
'   sat   w
47
Peso specifico dei solidi G
 s  Ps   Pw
 /
 
G
 w  Vs   V





Terreno
G
Sabbia quarzifera 2,642,66
Limo
2 672 73
2,672,73
Argilla
2,702,90
Gesso
2,652,73
Torba
1,301,90
48
Limiti di Atterberg
semisolido
fragile
liquido
plastico
Ip
ws
wp
wl
w(%) 


w < ws
w  wp
peso acqua
x100
peso solidi

w > wl
w  wl


wl, wp, ws: limiti di liquidità, di plasticità, di ritiro

49

Ip
pen
(kN/m3) (%) (%) (%) (%)
(kPa)
w0
wl
wp
tor
qu (1,2)

cc
cv (*)
k (*)
(m2/s)
(m/s)
C
Camp.
P f (m)
Prof.
( )
G
A
4 00 4 50
4.00-4.50
2 74
2.74
17 1
17.1
46
53
24
29
30 40
30-40
23
26 0.38
0 38
5 10-88
10
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
22.50-22.75 2.75
20.3
26
36
19
17
160/190
57
0.20
1 10-6
1 10-9
E
(kPa) (kPa) (°)
74/78
Ip (%)
Wl (%)
50
Curve granulometriche
C1 = 300
Coefficiente
di uniformità
d60
C
d1o
Cc1 = 10
C2 = 2,5
Cc2= 1,3
Coefficiente
di curvatura
2
d30
Cc 
d1o  d60
51
U.S.C.S.
52
A.A.S.H.T.O.
C.N.R.-UNI 10006
53
A.A.S.H.T.O. /// C.N.R.-UNI 10006
54
A.A.S.H.T.O. /// C.N.R.-UNI 10006
55
A.A.S.H.T.O. /// C.N.R.-UNI 10006
56
B.S. 5930 - 1981
57
B.S. 5930 - 1981
58
U.S.C.S.
59
60
61