“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI” - geotecnica.dicea.unifi.itgeotecnica.dicea.unifi.it/less_orig10.pdf · ¾FONDAZIONI PROFONDE: tipologie e tecniche di ... TIPOLOGIA E CAPACITÀ

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDipartimento di Ingegneria Civile e AmbientaleSezione geotecnica (www.dicea.unifi.it/geotecnica)

“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI”

Johann [email protected]

http://www.dicea.unifi.it/~johannf/

Corso di GeotecnicaIngegneria Edile, A.A. 2010\2011

Introduzione al corsoDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

A.A.2010‐11

GeotecnicaGeotecnicaCorso di Laurea in Ingegneria Edile (B017)

1° Periodo didattico (11/10/10 – 21/01/11)

ORARIO (1° periodo)Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì

08:1509:1509:1510:1510:1511:1511:1512:1512:1513:15

Aula 101*

Aula 001*

Aula 101

Aula 101*

Aula 001*

14:0015:00

Aula 101

2° Periodo didattico (08/03/11 – 10/06/11)

15:0016:00

Lezione* MorgagniEsercitazione**** In alternativa

2/632/63Lezione**


Programma del corso(9 CFU)

ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI: proprietà indici, relazioni peso‐volume, granulometria e limiti di Atterberg, sistemi di classificazione USCS e HRB.

STATI DI TENSIONE NEL TERRENO: principio delle pressioni efficaci, tensioni geostatiche, storia dello stato tensionale.

IDRAULICA DEI TERRENI: l’acqua nel terreno, equazione di Bernoulli, legge di Darcy, misura della permeabilità. Pressione di filtrazione e gradiente idraulico critico. Verifiche di stabilità al sifonamento e per il sollevamento del fondo scavo (D.M. 14.01.08).

MODELLI REOLOGICI E DIFFUSIONE DELLE TENSIONI: Tensioni e deformazioni nei terreni: elasticità, plasticità, viscosità. Diffusione delle tensioni. Pressioni di contatto. Il problema di Boussinesq e i suoi derivati.

COSTIPAMENTO: il terreno come materiale da costruzione, teoria del costipamento, prove Proctor, costipamento in sito.

3/633/63

COMPRESSIBILITÀ E CONSOLIDAZIONE: prova edometrica, parametri di compressibilità e di consolidazione. Cedimento edometrico. Teoria della consolidazione di Terzaghi. Consolidazione secondaria. accelerazione dei processi di consolidazione: precarico e consolidazione radiale. Teoria di Barron. Dreni verticali.RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI: stati di tensione

nel piano di Mohr, criterio di rottura di Mohr Coulomb, coefficienti di Skempton. Prova di taglio diretto. Prova di compressione ad espansione laterale libera (ELL), prove TxCID, TxCIU e TxUU.

Introduzione al corso

TERRENI INSATURI: capillarità, suzione, curve di ritenzione, permeabilità e resistenza al taglio dei terreni insaturi.

Dr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

4/634/63

STATO CRITICO E CAM CLAY: percorsi tensionali. Stato critico. Modello Cam Clay modificato. INDAGINI IN SITO: programmazione ed esecuzione di

indagini in sito. Perforazioni di sondaggio. Prove SPT. Prove CPT, CPTU e DMT.

SPINTA DELLE TERRE: stati di equilibrio limite, teoria di Rankine. Il metodo di Coulomb e di Caquot – Kerisél. Spinta dell’acqua. Spinta dovuta ai sovraccarichi.

Introduzione al corso

OPERE DI SOSTEGNO: muri di sostegno, gabbionate, terra armata, paratie, scavi e trincee. Criteri di progetto e verifiche di stabilità per muri di sostegno e paratie (D.M. 14.01.08).


5/635/63

FONDAZIONI PROFONDE: tipologie e tecniche di realizzazione. Calcolo della capacità portante da formule statiche e dinamiche, prove in sito e prove di carico. Pali isolati e in gruppo. Progetto e verifica secondo il D.M. 14.01.08

FONDAZIONI SUPERFICIALI: capacità portante, meccanismi di rottura. Soluzione di Terzaghi e di Brinch‐Hansen. Verifica in condizioni drenate e non drenate (D.M. 14.01.08). Calcolo dei cedimenti su terreni coesivi saturi e su terreno incoerente. Cedimenti differenziali e assoluti ammissibili.

STABILITÀ DEI PENDII: pendii naturali e artificiali, fattori che ne governano la stabilità, metodi di verifica della stabilità dei pendii (D.M. 14.01.08). Criteri e metodi di stabilizzazione delle frane.


ModalitModalitàà di esamedi esame

L‘esame consiste in una prova scritta (S) ed una prova orale (O).Per superare l’esame occorre sostenere entrambe le prove con esito positivo.

(S) Prova scritta, sono possibili due modalità:

(S1) prova scritta con 3 compiti intermedi di verifica svolti durante l’anno in date da definirsi durante lo svolgimento del corso. Tali prove avranno una durata di tre ore e saranno limitate agli argomenti trattati fino al momento della prova, che verranno comunque comunicati per tempo;

(S2) prova scritta finale unica da svolgersi durante gli appelli in calendario. La prova verterà sull’intero programma del corso e avrà una durata di tre ore.

6/636/63



7/637/63

i. la modalità (S1) è riservata agli studenti che si sono iscritti e che seguono il corso; il periodo di validità delle prove scritte intermedie si protrae fino all’inizio del secondo semestre dell’A.A. successivo a quello di frequentazione del corso.

REGOLE:

L’ iscrizione al corso (nella modalità S1) o all’esame scritto per uno degli appelli programmati (nella modalità S2), deve essere effettuata tramite il sito dello CSIAF:

ii. la modalità (S2) è riservata a tutti coloro che non si sono iscritti al corso o che provengono dai Previgenti Ordinamenti; il periodo di validità della prova scritta è limitato all’appello in cui essa viene sostenuta.

iii. durante le prove scritte, in entrambe le modalità, non è consentito in alcun modo la consultazione di testi, dispense, esercitazioni o esercizi svolti. Tutto il materiale necessario per lo svolgimento del compito (tabelle, grafici e formule) verrà fornito col testo delcompito.

http://stud.unifi.it:8080/




8/638/63

(O) Prova orale, può essere sostenuta secondo 2 modalità:

ii. non è tuttavia possibile sostenere due prove orali a distanza inferiore di 30 giorni l’una dall’altra.

(O1) prova orale solo su argomenti del Corso complementari alla prova scritta; si applica solo a chi ha superato la prova scritta con la modalità S1 con una votazione minima (media sulle tre prove) di 24/30;

(O2) prova orale su tutti gli argomenti del Corso; si applica a chi ha superato la prova scritta con la modalità S1 con una votazione (media sulle tre prove) inferiore a 24/30 e a chi ha superato la prova scritta con modalità S2 (indipendentemente dal voto).

REGOLE:

i. la prova orale può essere ripetuta al massimo 2 volte durante il periodo di validità della prova scritta; dopo due insuccessi deve essere ripetuta la prova scritta.

L’ iscrizione alla prova orale (per entrambe le modalità) deve essere effettuata in corrispondenza degli appelli programmati tramiite il sito dello CSIAF: http://stud.unifi.it:8080/


Appelli di esame (A.A. 2010/2011)Appelli di esame (A.A. 2010/2011)

1.1. venerdvenerdìì 28 gennaio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)28 gennaio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)2.2. venerdvenerdìì 11 febbraio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)11 febbraio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)3.3. venerdvenerdìì 25 febbraio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)25 febbraio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)4.4. lunedlunedìì 13 giugno 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)13 giugno 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)5.5. lunedì 27 giugno 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)lunedì 27 giugno 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)6.6. lunedì 11 luglio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)lunedì 11 luglio 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)7.7. lunedì 12 settembre 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)lunedì 12 settembre 2011, ore 9:30, aula 111 (Santa Marta)


9/639/63


Testi consigliatiTesti consigliati

Le dispense del Corso : capitoli, esercizi e compiti svolti, testi delle esercitazioni svolte in classe, le presentazioni delle lezioni disponibili presso il sito:

www.dicea.unifi.it/geotecnica

Colombo P., Colleselli F. (1996) “Elementi di Geotecnica”Zanichelli, Bologna

Lancellotta R. (1993) “Geotecnica” Zanichelli, Bologna (Nuova Edizione)

Sintesi del testo “Soil Mechanics & Foundations” di Muni Budhu, comprendente esercizi, animazioni, laboratorio geotecnico virtuale, quiz, etc.. accessibile dai computers del laboratorio L.D.D.T.

10/6310/63

http://www.dicea.unifi.it/geotecnica

DispenseDispense


Argomento DispenseINTRODUZIONE Introduzione

ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI Capitolo 1 (tutto)

COSTIPAMENTO Capitolo 2 (tutto)

STATI DI TENSIONE NEL TERRENO Capitolo 3 (tutto)

IDRAULICA DEI TERRENI Capitolo 4 (escluso § 4.4,2, § 4.4,3, §4.4,4, § 4.4,5)

MODELLI REOLOGICI Capitolo 5 (tutto)

RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI Capitolo 9 (tutto)

TERRENI INSATURI Capitolo 10 (tutto)

STATO CRITICO E MODELLO CAM‐CLAY MODIFICATO

Capitolo 11 (tutto)

INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO Capitolo 12 (tutto)

DIFFUSIONE DELLE TENSIONI Capitolo 6 (tutto)

COMPRESSIBILITÀ DEI TERRENI E CONSOLIDAZIONE EDOMETRICA

Capitolo 7 (tutto)

ANCORA SULLA CAONSOLIDAZIONE Capitolo 8 (tutto)

11/6311/63

DispenseDispense


Argomento DispenseSPINTA DELLE TERRE Capitolo 13 (tutto) (escluso §13.6)

OPERE DI SOSTEGNO Capitolo 14 (escluso § 14.3, § 14.4, §14.6)

CAPACITÀ PORTANTE DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI

Capitolo 15 (escluso §15.4)

CEDIMENTI DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI Capitolo 16 (tutto)

TIPOLOGIA E CAPACITÀ PORTANTE DI FONDAZIONI PROFONDE

Capitolo 17 (tutto)

STABILITÀ DEI PENDII Capitolo 18 (tutto)

12/6312/63


Orario di ricevimentoOrario di ricevimento

Martedì pomeriggio (16‐18)

Previo appuntamentovia telefono (055.4796354)via e‐mail ([email protected])

13/6313/63

Geotecnica

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, ecc.)

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


14/6314/63

GEOTECNICA

Geotecnicaambientale

Geotecnicaclassica

Geotecnicasismica

Geotecnica delle reti

Meccanica delle rocce

Geotecnica per i centri storici

GeotecnicaDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

Geotecnica delle grandi aree

15/6315/63

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


16/6316/63

Geotecnica

GEOTECNICA2. Progettazione ed analisi di stabilità di dighe e discariche

Norman Landfill, U.S.Hoover dam, Colorado


Geotecnica

17/6317/63


GEOTECNICA3. Analisi di stabilità di opere in terra (muri di sostegno, pendii, etc.)

18/6318/63

GEOTECNICA4. Conservazione di monumenti


Torre di Pisa19/6319/63

GEOTECNICA5. Verifiche di stabilità e progettazione in zona sismica(Dinamica dei Terreni e Ingegneria Geotecnica Sismica)

Seattle‐Tacoma, 1965 (frana in un rilevato)

Anchorage, 1964 (frana in un pendio)


20/6320/63

GEOTECNICA6. Progettazione di reti e infrastrutture, superficiali e interrate


21/6321/63

GEOTECNICA7. Miglioramento del terreno, ecc.


22/6322/63

SPECIALIZZAZIONE IN GEOTECNICA


ELEMENTI DI MECCANICA DELLE ROCCE E GALLERIE

FONDAZIONI E OPERE DI SOSTEGNO

INGEGNERIA GEOTECNICA SISMICA

GEOFISICA APPLICATA

GEOFISICA AMBIENTALE

GEOLOGIA APPLICATA

DINAMICA DELLE STRUTTURE/INGEGNERIA SISMICA

23/6323/63

Origine e struttura dei terreni

ORIGINE DEI TERRENII terreni derivano dalle rocce, da 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;chimica o organica legati a fenomeni di ossidazione, riduzione ed altre

reazioni chimiche generate dagli acidi presenti nell’acqua o prodotti dai batteri.


24/6324/63

Il terreno può essere schematizzato come mezzo particellare polifase, costituito da:

TERRENO: MEZZO “POLIFASE”

scheletro solido (insieme di tutti i granuli, o particelle)

PARTICELLESOLIDE

ACQUA INTERSTIZIALE

ARIA +VAPOR D’ACQUA

Origine e struttura dei terreniDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

fase liquida (generalmente acqua)

fase gassosa (generalmente aria e/o vapor d’acqua)

25/6325/63

STRUTTURA DEI TERRENI

Il comportamento del terreno dipende dalle sue caratteristiche strutturali:

MICROSTRUTTURA (forma, dimensione dei grani, disposizione geometrica, legami fra le particelle, rapporti e interazione tra fase solida e fase liquida) MACROSTRUTTURA (fessure, intercalazioni, inclusioni rilevabili

alla scala del campione da laboratorio)MEGASTRUTTURA (giunti, discontinuità, faglie osservabili in sito a

grande scala)

A livello di microstruttura, nella miscela particelle solide‐acqua esistono due tipi di interazione:

un’interazione di tipo chimico, dovuta alle forze di superficie (ovvero alla presenza di cariche elettriche sulla superficie esterna delle particelle);


un’interazione di tipo meccanico, dovuta alle forze di massa o di volume;

26/6326/63

STRUTTURA DEI TERRENILa prevalenza delle forze di volume o delle forze di superficie dipende dalla geometria (dimensioni e forma) dei granuli, in particolare dalla superficie riferita all’unità di 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

Valori elevati prevalenza di forze di superficie (granuli attivi) Valori bassi prevalenza di forze di volume (granuli inerti)

N.B. Ssp aumenta al diminuire delle dimensioni e all’aumentare dell’appiattimento


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

27/6327/63

STRUTTURA DEI TERRENII terreni possono essere classificati in base alle dimensioni e alla formadelle 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;

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.


N.B. Il comportamento meccanico dei due tipi di terreno può essere molto differente.

28/6328/63

TERRENI A GRANA GROSSA

I TERRENI A GRANA GROSSA (ghiaie e sabbie) sono caratterizzati da:

i. STRUTTURA A GRANI SEPARATI(riconoscibili a occhio nudo, costituiti da frammenti di roccia o da singoli minerali o da frammenti di minerali resistenti e stabili, ad es. quarzo, feldspati, mica, 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)

Terreni a grana grossaDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

29/6329/63

TERRENI A GRANA GROSSAIl 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


Terreni a grana grossa

30/6330/63

TERRENI A GRANA FINEI 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)

v. STRUTTURA AGGREGATA


Terreni a grana fine

31/6331/63

TERRENI A GRANA FINE

tetraedri (atomo di silicio al centro e ossigeno ai vertici) o ottaedri (atomo 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) :

si combinano per formare reticoli piani (pacchetti elementari)

che si sovrappongono per formare le particelle di argilla

++‐‐

‐‐

‐‐

= ossigeno



32/6332/63

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-

+

+

2-H

H

O


TERRENI A GRANA FINE


33/6333/63

ACQUA LIBERA E 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


Allontanandosi dalla superficie delle particelle i legami diventano via via più deboli, finché l’acqua assume le caratteristiche di “acqua libera” o “acqua interstiziale”.

L’acqua che si trova immediatamente a contatto con le particelle è parte integrante della loro struttura ed è definita “acqua adsorbita”


34/6334/63

STRUTTURA DEI TERRENI A GRANA FINE

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 deposizione

c) DEPOSIZIONE IN ACQUA SALMASTRA(si riducono le azioni repulsive)

d) DEPOSIZIONE IN ACQUA DOLCE(struttura orientata)

Le 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.



35/6335/63

Proprietà indici e relazioni tra le fasi

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)


36/6336/63


1. POROSITÀ 100(%) ⋅=VvV

nn = 0 solido continuo,n = 100% non vi è materia solida)

2. INDICE DEI VUOTI s

v

VV

e =

3. VOLUME SPECIFICO sV

Vv = v = 1+ e;

)100/n(1)100/n(e

−=

4. GRADO DI SATURAZIONE Sr=0 terreno asciutto,Sr=100% terreno saturo

100VVw(%) S

vr ⋅=

5. CONTENUTO D’ACQUA



100PP

(%)wS

wN ⋅=

37/6337/63


6. PESO SPECIFICO DEI COSTITUENTI SOLIDI

7. PESO DI VOLUME NATURALE

8. PESO DI VOLUME DEL TERRENO SECCO

9. PESO DI VOLUME SATURO

10. PESO DI VOLUME IMMERSO

γsss

PV

=

VP

=γ

VPs

d =γ

VP

sat =γ

wsat' γγγ −=

(per Sr=100% )

(γw = peso specifico dell’acqua = 9.81 kN/m3)

N.B. I. Mentre 0 < Sr < 100%, 0 < n < 100%, w può essere maggiore di 100%II. γd (Sr = 0) < γ < γsat (Sr = 100%)

[kN/m3]

[kN/m3]

[kN/m3]

[kN/m3]



38/6338/63

γs (kN/m3) SABBIA QUARZOSA 26

LIMI 26.3-26.7 ARGILLE 23.9-28.6 BENTONITE 23


11. DENSITÀ RELATIVA 100(%) minmax

max ⋅−−

=ee

eeDr

emax , emin = indici dei vuoti corrispondenti al minimo e al massimo stato di addensamento

RETICOLO CUBICO

RETICOLOTETRAEDRICO



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

39/6339/63

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 granulometria

PROPRIETÀ INDICI

‐ i limiti di Atterberg


Le proprietà indici consentono di classificare i terreni.


40/6340/63

COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA

Il comportamento dei terreni a grana grossa è marcatamente influenzato dalle dimensioni dei grani e dalla distribuzione percentuale di tali dimensioni, ovvero dalla granulometria.

Analisi granulometrica: determinazione della distribuzione percentuale del diametro dei granuli presenti nel terreno. Viene eseguita mediante due tecniche:

1. setacciatura per la frazione grossolana (diametro dei grani maggiore di 0.074 mm = setaccio n. 200 ASTM)

2. sedimentazione per la frazione fine (diametro dei grani minore di 0.074 mm) quando supera il 10% del peso totale

GranulometriaDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

41/6341/63

VAGLIO SERIE DIAMETRO PERCENTUALEU.S. STANDARD (mm) PASSANTE

1 1" 25.4 1002 1/2" 12.7 1003 1/4" 6.35 96.824 4 4.76 96.315 10 2.00 94.926 20 0.84 92.557 40 0.42 90.478 60 0.25 89.919 80 0.177 89.4610 140 0.105 86.1911 200 0.074 81.23

aerometria12 0.0578 72.6813 0.0302 59.8414 0.0118 39.0415 0.0054 21.6816 0.0034 16.8217 0.0013 11.13

010

20304050

607080

90100

0.00.00.11.010.0100.0Diametro [mm]

% p

assa

nte

1 2

17

CURVA GRANULOMETRICA

0.01 0.001


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 materiale passante in ordinata (curva granulometrica) .

Granulometria

42/6342/63

SETACCIATURA1. 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

Dimensione dei setacci crescente

1

2

i


Granulometria

43/6343/63

2. L’analisi granulometrica per sedimentazione si effettua partendo da misure di densità nel tempo di una sospensione contenente un certo peso di terreno e applicando la legge di Stokes:

v g Ds w=−⋅

⋅ ⋅ρ ρ

η182

dove:v (mm/s) è la velocità di precipitazione di una particella sferica 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

SEDIMENTAZIONE


Granulometria

D (mm) il diametro della particella

g è l’accelerazione di gravità

44/6344/63

L’andamento della curva granulometrica è descritto sinteticamente da:

10

60

DD

U =1060

230

DDD

C⋅

=COEFFICIENTE DIUNIFORMITÀ

COEFFICIENTE DICURVATURA

ANALISI DELLA CURVA GRANULOMETRICA


Granulometria

D60

60%

D10

10%

Terreno 1(ben gradato)

Terreno 3(uniforme)

Terreno 2(granulometria estesa con mancanza di certi diametri)

D30

30%

45/6345/63

ANALISI DELLA CURVA GRANULOMETRICA

D60

60%

D10

10%

Terreno 1(ben gradato)

Terreno 3(uniforme)

Terreno 2(granulometria estesa con mancanza di certi diametri)

D30

30%

10

60

DD

U= COEFFICIENTE DICURVATURA

D10Terreno 1: D60= 3 mm, D30= 0.25 mm, D10= 0.008 mm U = 358.0; C =2.6Terreno 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

U basso terreno uniforme

C <1 o C >3 mancanza di diametri di certe dimensioni


Granulometria

46/6346/63

D60 D10

D60 D10D30

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 èstrettamente legato alla loro composizione mineralogica ed al contenuto in acqua.

CONTENUTO D’ACQUA LIQUIDO

PLASTICO

SEMISOLIDO

SOLIDO AUMENTO DEL

miscela fluida terra‐acqua

terreno secco

LIMITE LIQUIDO, wL

LIMITE PLASTICO, wP

LIMITE DI RITIRO, wS

wE’ importante:conoscere la quantità di acqua contenuta allo stato naturale (wn)confrontare wn con i valori di w che corrispondono ai limiti di separazione tra stati fisici particolari (limiti di Atterberg).

Limiti di AtterbergDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

47/6347/63

DETERMINAZIONE SPERIMENTALE

LIMITE LIQUIDO, wL


Limiti di Atterberg

terreno, prelevato dal passante al setaccio n. 40

coppie di valori ottenute variando la quantità di acqua nell’impasto

48/6348/63


Limiti di Atterberg


49/6349/63

DETERMINAZIONE SPERIMENTALELIMITE PLASTICO, wP

wP = media di tre determinazioni

≅ 3.2 mm


Limiti di Atterberg

terreno, prelevato dal passante al setaccio n. 40

Lastra di materiale poroso

50/6350/63


Limiti di Atterberg


51/6351/63

DETERMINAZIONE SPERIMENTALELIMITE DI RITIRO, wS

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.

Volume

Contenuto d’acqua, wwS

1

2

10


Limiti di Atterberg

provino indisturbato che viene essiccato per passi successivi

52/6352/63

INDICI DI CONSISTENZA

INDICE DI PLASTICITÀ, IP

CF

IP

I a= 0.7

5

I a= 1.25

Inattivi

Normalmenteattivi

Attivi

CFII P

a =

dove CF = % in peso con diametro d < 0.002 mm

INDICE DI LIQUIDITÀ, IL

(Indice di attività)

P

PNL I

wwI −=

INDICE DI CONSISTENZA, IC

L

P

NLC I1

IwwI −=

−=


Limiti di Atterberg

PLP ww(%)I −=

53/6353/63

INDICI DI CONSISTENZA

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 l’analogia tra IC per terreni a grana fine e Dr per i terreni a grana grossa.

TERRENO IPNon Plastico 0 ‐ 5

Poco Plastico 5 ‐ 15

Plastico 15 ‐ 40

Molto Plastico > 40

CONSISTENZAFluida

Fluido‐PlasticaMolle‐PlasticaPlastica

Solido‐PlasticaSemisolida (w > wS)o Solida (w < wS)

IC< 0

0 – 0.250.25 – 0.500.50 – 0.750.75 – 1

> 1

IP (%)

200‐650

50‐65

10‐25

wP (%)

55‐100

45‐60

30‐40

Minerale argilloso

Montmorillonite

Illite

Caolinite

wL (%)

300‐700

95‐120

40‐60


Limiti di Atterberg

54/6354/63

Sistemi di classificazione

Sistemi di classificazione: sorta di linguaggio convenzionale che identifica (attraverso alcuni parametri significativi) il tipo di materiale e fornisce indicazioni (qualitative) sul suo 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 limiti di Atterberg per i terreni a grana fine)


55/6355/63

SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE

Sistemi di classificazione basati sulla granulometria e sulla

composizione mineralogica (LLAA) per tutti i terreni

SISTEMA USCS (Unified Soil Classification System) per i terreni di fondazione

SISTEMA HRB (Highway Research Board) per i manufatti in terra

Sistemi di classificazioneDr. Dr. Ing.Ing. JohannJohann FacciorussoFacciorussoCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileCorso di Geotecnica per Ingegneria EdileA.A. 2010/2011A.A. 2010/2011

56/6356/63

SISTEMI DI CLASSIFICAZIONESistemi di classificazione basati unicamente sulla granulometria, significativi per materiali a grana grossa (ghiaie e sabbie):

I termine: nome della frazione granulometrica prevalente

II termine: nomi delle eventuali frazioni maggiori del 25%, precedute dal prefisso con

III termine: nomi delle eventuali frazioni comprese tra il 15% e il 25%, con il suffisso oso

IV termine: nomi delle eventuali frazioni minori del 15%, con il suffisso oso, precedute dal prefisso debolmente.Es.: sabbia (55%), limo (35%), argilla (10%) = sabbia con limo debolmente argillosa


57/6357/63

SISTEMI DI CLASSIFICAZIONESistema di classificazione di Casagrande, valido solo per i materiali a grana fine(limi e argille):

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

N.B. La presenza di materiale organico può essere rilevata attraverso la determinazione del limite liquido prima, wL, e dopo l’essiccamento, wL’; se wL’/wL> 0.75, il materiale è ritenuto organico


58/6358/63

SISTEMA USCS

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, punti 2a e 2b)

(terreno a grana fine, punto 3a e 3b)

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


59/6359/63

SISTEMA USCS2b) 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)

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.

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


60/6360/63

SISTEMA USCS

3a) Si determinano i limiti di Atterberg sul passante al setaccio N.40 e si consulta la Carta di Plasticità di Casagrande (modificata) :

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 simboloCL‐ML


61/6361/63

SISTEMA HRB (Highway Research Board)

(N.B. Quando un terreno rientra in più categorie si assume quella corrispondente ai limiti più restrittivi )

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 Atterberg determinati 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 sabbialimosa o argillosa Limi Argille

Da eccellente a buono Da buono a scarso


62/6362/63

SISTEMA HRB (Highway Research Board)

Il controllo di appartenenza ad una classe viene fatto mediante l’indice di gruppo:

I = 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 bddove:

a = % passante al setaccio 200 maggiore del 35% e minore del 75%,(numero intero compreso tra 0 e 40)

b = % passante al setaccio 200 maggiore del 15% e minore del 55%,(numero intero compreso tra 0 e 40)

c = valore del limite liquido maggiore di 40 e minore di 60,(numero intero compreso tra 0 e 20)

d = valore dell’indice di plasticità maggiore di 10 e minore di 30,(numero intero compreso tra 0 e 20)


63/6363/63

Documents

“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI” - geotecnica.dicea.unifi.itgeotecnica.dicea.unifi.it/less_orig10.pdf · ¾FONDAZIONI PROFONDE: tipologie e tecniche di ... TIPOLOGIA E CAPACITÀ