“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI”geotecnica.dicea.unifi.it/less_orig09.pdf · ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI Capitolo1 (tutto) ... La Geotecnica è una disciplina che tratta

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 Fondamenti di GeotecnicaScienze dell’Ingegneria Edile, A.A. 2009\2010

Introduzione al corsoUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica

Introduzione al corso Introduzione al corso –– Fondamenti di GeotecnicaFondamenti di GeotecnicaCorso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 2/572/57

A.A.2009‐10

FondamentiFondamenti didi GeotecnicaGeotecnicaCorso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile (SIE)

1° Periodo didattico (21/09/09 – 18/12/09):5 CFU

ORARIO:Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì

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

Aula 101

Aula 101*

Aula 005*

Aula 005

(Lab.)**

LezioneEsercitazione

(Lab.)

Laboratorio

* Morgagni ** Santa Marta



Programma del corso

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

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

3. IDRAULICA DEI TERRENI: l’acqua nel terreno, livello piezometrico, falda freatica e falda artesiana, equazione di Bernoulli, legge di Darcy. Pressione di filtrazione e gradiente idraulico critico. Verifiche di stabilità al sifonamento e per il sollevamento del fondo di uno scavo. Applicazione della Normativa (D.M. 14.01.08).

4. MODELLI REOLOGICI E DIFFUSIONE DELLE TENSIONI: Tensioni e deformazioni nei terreni. Concetti base: elasticità, plasticità, viscosità. Diffusione delle tensioni in un semispazio continuo, omogeneo, isotropo, elastico lineare. Pressioni di contatto Il problema di Boussinesq e i suoi derivati.



5. COMPRESSIBILITÀ DEI TERRENI: parametri di compressibilità edometrica. Descrizione della prova edometrica e rappresentazione dei risultati. Determinazione della pressione di consolidazione e del rapporto di sovraconsolidazione. Calcolo del cedimento edometrico. Teoria della consolidazione monodimensionale di Terzaghi. Determinazione sperimentale del coefficiente di consolidazione con i metodi di Casagrande e di Taylor. Consolidazione secondaria.

7. INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO: programmazione ed esecuzione di indagini in sito. Perforazioni di sondaggio. Prove SPT. Prove CPT, CPTU e DMT.

6. RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI: stati di tensione nel piano di Mohr, criterio di rottura di Mohr Coulomb, coefficienti delle pressioni interstiziali di Skempton. Prova di taglio diretto. Prova di compressione ad espansione laterale libera (ELL), apparecchio triassiale standard, prove TxCID, TxCIU e TxUU.



9. SPINTA DELLE TERRE: stati di equilibrio limite, teoria di Rankine per il calcolo della spinta delle terre. Il metodo di Coulomb edi Caquot – Kerisél. Spinta dell’acqua. Spinta dovuta ai sovraccarichi. Verifica di stabilità sui muri di sostegno e applicazione della normativa (D.M. 14.01.08).

10. FONDAZIONI SUPERFICIALI: capacità portante di fondazioni superficiali, meccanismi di rottura. Soluzione di Terzaghi e di Brinch‐Hansen. Analisi in condizioni drenate e non drenate e applicazione della normativa (D.M. 14.01.08).



ModalitModalitàà di esamedi esameL’esame consiste in una prova scritta da superare per accedere

alla prova orale, che deve essere sostenuto nell’ambito della stessa sessione (1,2,3 oppure 4, 5,6,7):

Appelli di esameAppelli di esame

1. 1. lunedlunedìì 21 dicembre 2009, ore 9:30, aula 111 Santa Marta21 dicembre 2009, ore 9:30, aula 111 Santa Marta2. venerd2. venerdìì 22 gennaio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta22 gennaio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta3. luned3. lunedìì 8 febbraio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta8 febbraio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta

4. venerd4. venerdìì 11 giugno 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta11 giugno 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta5. mercoled5. mercoledìì 23 giugno 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta23 giugno 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta6. venerd6. venerdìì 16 luglio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta16 luglio 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta7. venerd7. venerdìì 10 settembre 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta10 settembre 2010, ore 9:30, aula 111 Santa Marta

I SESSIONE

I SESSIONE

II SESSIONE

II SESSIONE



Testi consigliatiTesti consigliati

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

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

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

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.



DispenseDispenseArgomento Dispense

INTRODUZIONE Introduzione

ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI Capitolo1 (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, § 4.5, § 4.6 e § 4.7)

MODELLI REOLOGICI DIFFUSIONE DELLE TENSIONI

Capitoli 5 e 6 (tutti)

COMPRESSIBILITÀ DEI TERRENI E CONSOLIDAZIONE EDOMETRICA

Capitolo7 (tutto)

RESISTENZA AL TAGLIO DEI TERRENI Capitolo 9 (tutto)

INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO Capitolo 12 (tutto)

SPINTA DELLE TERRE E VERIFICHE DI STABILITÀ SUI MURI DI SOSTEGNO

Capitolo 13(escluso §13.1.4 e §13.6) eCapitolo 14 (solo §14.1 e §14.2

CAPACITÀ PORTANTE DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI

Capitolo 15 (escluso §15.4)



Orario di ricevimentoOrario di ricevimento

Giovedì mattina (10.00‐12.30)

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

GeotecnicaUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica

Origine e struttura dei terreni Origine e struttura dei terreni –– Fondamenti di GeotecnicaFondamenti di GeotecnicaCorso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 10/5710/57

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

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica


GEOTECNICAGeotecnicaambientale

Geotecnicaclassica

Geotecnicasismica

Geotecnica stradale

Meccanica delle rocce

Geotecnica per i centri storici

Geotecnica



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

Geotecnica



GEOTECNICA2. Progettazione ed analisi di stabilità di dighe e discariche

Norman Landfill, U.S.Hoover dam, Colorado

Geotecnica


GEOTECNICA


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

Geotecnica


GEOTECNICA


4. Conservazione di monumenti, etc.

Geotecnica



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

Terremoto di Niigata, 2004

Anchorage, 1964 (“frana”)

Geotecnica

Origine e struttura dei terreniUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica


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;

alterazione chimica o organica legati a fenomeni di ossidazione, riduzione ed altre reazioni chimiche generate dagli acidi presenti nell’acqua o prodotti dai batteri.



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

TERRENO: MEZZO “POLIFASE”

scheletro solido (insieme di tutti i granuli, o meglio, di tutte le particelle)fase liquida (generalmente acqua)fase gassosa (generalmente aria e/o vapor d’acqua)

PARTICELLESOLIDE

ACQUA INTERSTIZIALE

ARIA +VAPOR D’ACQUA



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 etc.. osservabili in sito a grande scala)

A livello di microstruttura, nella miscela particelle solide‐acqua 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 (ovvero alla

presenza di cariche elettriche sulla superficie esterna delle particelle);



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

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

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



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.



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)



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 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

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)

Successive combinazioni di pacchetti elementari danno origine alle particelle di argilla

++‐‐

‐‐

‐‐

= ossigeno



ACQUA LIBERA E INTERSTIZIALEIl 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



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



STRUTTURA

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.

Proprià indici e relazioni tra le fasiUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica


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)




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/(

nne−

=

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

100VVw(%) S

vr ⋅=

5. CONTENUTO D’ACQUA 100(%) ⋅=s

w

PP

w

Proprià indici e relazioni tra le fasi




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% )

(γw = 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]


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




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




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

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) .


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




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




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,

rs e rw (Mg/m3) le densità rispettivamente dei grani e dell’acqua,

h (Pascal s) è la viscosità dell’acqua, D (mm) il diametro della particella

SEDIMENTAZIONE




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


D60

60%

D10

10%

Terreno 1(ben gradato)

Terreno 3(uniforme)

Terreno 2(granulometria estesa con mancanza di certi diametri)

D30

30%



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 =2.6

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

U basso terreno uniforme

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




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.

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).




DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEI LLAA

1. Una certa quantità 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 prelevato un po’ di materiale dal cucchiaio e determinato su questo il valore del contenuto d’acqua.

4. I passi da 1 a 3 vengono ripetuti variando la quantità di acqua nell’impasto, in modo da ottenere una serie (4 o 5) di coppie di valori, numero di colpi‐contenuto d’acqua.

5. Si assume convenzionalmente come limite liquido, wL il contenuto d’acqua corrispondente a 25 colpi (sulla retta interpolante i dati sperimentali)









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. Si fanno rotolare i cilindretti su una lastra di materiale poroso (in modo da ridurne progressivamente il contenuto d’acqua)

3. Quando iniziano a fessurarsi, si determina il contenuto d’acqua corrispondente e questo rappresenta il limite plastico, wP

4. La procedura viene ripetuta almeno tre volte; si assume come wP il valor medio

≅ 3.2 mm









1. Si determina in laboratorio su un provino indisturbato che viene essiccato per passi successivi, misurando ad ogni passo il volume e il contenuto d’acqua


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 sperimentaliN.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





1. Si determina in laboratorio su un provino indisturbato che viene essiccato per passi successivi, misurando ad ogni passo il volume e il contenuto d’acqua


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 sperimentaliN.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




INDICI DI CONSISTENZA

INDICE DI PLASTICITÀ, IP

CF

IP

I a= 0.7

5

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




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


Sistemi di classificazioneUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica


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)



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

Sistemi di classificazione



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)




SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE

Sistemi di classificazione basati sulla granulometria e sulla

composizione mineralogica (LLAA) validi per tutti i terreni

SISTEMA USCS (Unified Soil Classification System) Terreni di fondazione

SISTEMA HRB (Highway Research Board) Manufatti in terra




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




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




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 Simbolo:CL‐ML




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




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 bd

dove:

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)


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“ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI”geotecnica.dicea.unifi.it/less_orig09.pdf · ORIGINE E STRUTTURA DEI TERRENI Capitolo1 (tutto) ... La Geotecnica è una disciplina che tratta