Identificazione Classificazione 1 Prove di laboratorio su un campione di terreno Proprietà meccaniche Compressibilità (CEd, TX) Resistenza (TX, TD) Deformabilità (TX) Contenuto d’acqua (w) Peso dell’u.d.v. () Porosità (n e) Composizione - reazione con HCl → presenza di carbonati - reazione con H 2 O 2 → sostanze organiche Colore alterazione, ossidazione Meso/Macrostruttura stratificazioni, fessure TX C Ed TD Granulometria Limiti di Atterberg Peso specifico grani Identificazione (proprietà intriseche) Materiale rimaneggiato Materiale indisturbato Proprietà idrauliche Permeabilità (PP, CEd) Provini Caratteristiche Fisiche Generali (grandezze di stato) Identificazione sito Modalità prelievo (campionamento) Aspetto materiale Riconoscimento generale
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Identificazione Prove di laboratorio su un campione di terrenopeople.unica.it/fabiomariasoccodato/files/2012/04/1c... · Prove di laboratorio su un campione di terreno Proprietà
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Aumento di porosità e di presenza delle fasi fluide
lo stato naturale di un mezzo multifase si può caratterizzare attraverso proprietà fisiche definite dai rapporti tra volumi e pesi della fase solida e delle fasi fluide
Identificazione Classificazione
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Schemi a ‘fasi separate’
solido = scheletro continuo di particelle solide + complessi di adsorbimento, comprendente i vuoti occupati da liquido + gas → analisi con la meccanica dei mezzi porosi
liquido = corrisponde al solo liquido libero (interstiziale), in genere acqua → analisi con l’idraulica dei mezzi porosi
gas = corrisponde in genere all’aria → privo di peso
gwsvs VVVVVV ws PPP
I mezzi continui sovrapposti
Vw
VS
Vg Pw
PS
V P
Vv
(Pg=0)
Identificazione Classificazione
4
solido peso
acqua peso
s
w
P
Pw
solido volume
solido peso
s
ss
V
P
fluido volume
fluido peso
w
ww
V
P
totale volume
fluido solido peso
V
PP ws
totale volume
solido peso
V
Psd
• peso specifico del solido, s
peso specifico del fluido, w
peso secco dell'unità di volume, d
Rapporti tra i pesi
• contenuto d'acqua, w
peso (umido) dell'unità di volume,
Pw
PS
P
Vw
VS
Vg
V
Vv
= 9.81 10 kN/m3
Risulta in genere w < d < < s
Identificazione Classificazione
5
totale volume
vuoti volume
V
Vn v
solido volume
vuoti volume
s
v
V
Ve
n
n
VV
VVe
s
v
1/
/
e
e
VV
VVn
s
sv
1/
/
vuoti volume
acqua volume
v
wr
V
VS
indice dei vuoti (o 'indice di porosità'), e
relazioni tra n ed e:
• grado di saturazione, Sr:
Rapporti tra i volumi
• porosità, n
n
V
VV
V
V vs 1
Vw
VS
Vg
V
Vv
Grandezza Minimo Massimo Condizione
n 0 solido continuo
1 vuoto
e 0 solido continuo
vuoto
Sr 0 mezzo asciutto
1 mezzo saturo
Condizioni limite:
e
V
VV
V
V
s
vs
s
1
Identificazione Classificazione
6
)1(1/
/n
eVV
VP
V
Ps
s
s
sssd
)1)(1()1()1( wnwwV
P
V
wPPsd
sss
e
wG
e
w
VV
PP
VV
PP
VV
VVS s
w
s
w
s
sv
sw
sv
ssww
sv
swr
/
/
//
/
r
s
w
s
r S
wG
S
we
w
ssG
Terreno asciutto, umido, saturo
con = densità specifica relativa solido/acqua
Terreno asciutto (Sr=0)
Terreno umido (0<Sr<1)
wGwe sw
s
nnn wswdsat )1(
Sr = 1 (indice dei vuoti contenuto d'acqua)
• peso saturo dell'unità di volume, sat
Terreno saturo (Sr=1)
Identificazione Classificazione
7
)1)(()1()1()1(' nnnnn wswswwswsat - -
peso immerso dell'unità di volume, ' (= terreno saturo 'alleggerito' dalla spinta idrostatica)
__________________________ Risultante = (s - w) (1-n)
Terreno saturo immerso in acqua
equivale all'applicazione del 'Principio di Archimede':
“Un corpo immerso in un liquido è soggetto a una sottospinta pari al peso del liquido spostato (= volume del corpo)”
_____________________ Risultante = sat - w
Corpo = Particella solida Volume = 1-n
Corpo = Terreno saturo Volume = 1
Peso corpo = sat 1
Sottospinta = w 1
Peso corpo = s (1-n)
Sottospinta = w (1-n)
Identificazione Classificazione
8 Misura del peso specifico del solido
s
ss
V
P
solido volume
solido peso
Ps= peso materiale solido
(preventivamente essiccato)
Vs = volume d’acqua spostato
nel ‘picnometro’ (differenza pesi)
o nel ‘volumenometro’ (lettura buretta) picnometro
volumenometro
Terreni a grana grossa Volumenometro (meno preciso) Terreni a grana fine Picnometro (più preciso)
Identificazione Classificazione
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Misura delle CFG
Determinazione in laboratorio della ripartizione, in pesi e volumi, tra le fasi caratterizzanti lo stato naturale di un terreno
Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - I
1. misura del peso (umido) dell’unità di volume,
Pf+c Peso campione + fustella
Pf Peso fustella
Vf Volume fustella
f
fucf
f
u
V
PP
V
P
campione volume
campione umido peso
ff
f hD
V4
2
Identificazione Classificazione
10 Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - II
Pw= peso acqua persa dopo essiccamento in stufa a 105° C
2. misura del contenuto d’acqua, w
1
solido peso
acqua peso
ddfcf
dcfucf
dfcf
dfcfufcfsu
s
w
PP
PP
PP
PPPP
Ps
PP
P
Pw
di norma si effettua sul provino adoperato per la misura di
1. misura velocità di affondamento idrometro → diametro di
2. misura densità della sospensione → passante pi
Analisi granulometrica per sedimentazione (d<0.075 mm)
Principio:
sedimentazione
diminuzione densità
decremento sottospinta
affondamento aerometro
t
Identificazione Classificazione
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Ghiaia (%) dmax (mm)
Sabbia (%) d60 (mm)
Limo (%) d10 (mm)
Argilla (%) Coefficiente di uniformità, CU=d60/d10
stacciatura sedimentazione
Stacciatura + Sedimentazione = Granulometria
curva da scalare per pS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100
diametro, d (mm)
passan
te in
peso
, p
(%
)
Argilla SabbiaLimo Ghiaia
Identificazione Classificazione
16 Limiti di consistenza - Fondamenti
Obiettivo: quantificare il grado di interazione solido-acqua (dipendente da granulometria e mineralogia) attraverso identificazione di stati fisici di riferimento (limiti di Atterberg o di consistenza) che esprimono transizioni di comportamento del terreno al variare del contenuto d’acqua
Procedure: determinazione convenzionale dei limiti di Atterberg uso di un criterio di classificazione dei terreni a grana fine
Gli stati fisici di interesse tecnico sono normalmente 'umidi‘ per cui si fa in genere riferimento a: • limite di plasticità wP
• limite di liquidità wL
• indice di plasticità IP = wL– wP
e non al limite di ritiro wS
Identificazione Classificazione
17
Principio:
il limite plastico è convenzionalmente fissato dal contenuto d’acqua wP
in corrispondenza del quale un provino di terreno,
ridotto in bastoncini fatti rotolare sotto il palmo della mano
su una superficie liscia (p. es. una lastra di vetro)
comincia a fessurarsi ad un diametro di 3 mm
Limite di plasticità – Procedura standard
Esecuzione della prova:
1) preparazione materiale
(pallottola umida ~20g)
2) operazione di rotolamento
(3 mm in ~10 movimenti)
3) bastoncini fessurati
( misura di w)
Il valore di wP è assunto come w medio su almeno due serie diverse di misure
Identificazione Classificazione
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Principio:
il limite liquido è fissato convenzionalmente dal contenuto d’acqua wL
in corrispondenza del quale un provino di terreno,
posto in una coppetta di dimensioni normalizzate,
suddiviso in due parti con un apposito utensile solcatore,
e fatto rimbalzare da un’altezza di 10 mm per 25 volte,
determina la chiusura del solco per la lunghezza di 13 mm
Limite di liquidità – Metodo ASTM (Casagrande)
Coppetta (o ‘cucchiaio’) di Casagrande Assetto iniziale Configurazione finale
coppetta
utensile
contacolpi
Identificazione Classificazione
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Interpretazione:
w è il valore
corrispondente a 25 colpi
ottenuto mediante interpolazione
tra le misure eseguite
(in scala semilogaritmica)
In ogni fase di esecuzione (almeno 4 ripetizioni!) va registrato il numero dei colpi Ni a cui si richiude il solco
e misurato il contenuto d’acqua wi
inizio fine
Metodo Casagrande: esecuzione e interpretazione
Identificazione Classificazione
20
Principio:
il limite liquido è fissato dal contenuto d’acqua wL
in corrispondenza del quale un provino di terreno,
posto in un contenitore di dimensioni normalizzate,
determina un dato affondamento di una punta conica
appoggiata in verticale su di esso per 5 s.
Ciò corrisponde ad una resistenza non drenata cu 2 kPa
Limite di liquidità – Procedura con penetrometro
Tipo di cono Affondamento Apertura punta Peso cono
BS (inglese) 10 mm 30° 80 g
SGI (svedese) 20 mm 60° 60 g
Identificazione Classificazione
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2) Interpretazione mediante
interpolazione lineare tra le misure eseguite
1) In ogni fase di esecuzione
(da ripetere almeno 4 volte!)
va registrato l’affondamento i
e misurato il contenuto d’acqua wi
Fasi della prova:
Metodo ‘fall cone’: esecuzione e interpretazione
Identificazione Classificazione
22 Limite di liquidità – Confronto tra i metodi
I metodi con punta conica si basano su precisi fondamenti teorici.
Si dimostra infatti che l’affondamento i di un cono con peso W
è legato alla resistenza non drenata cu dalla:
2i
WKcu K= f(apertura cono)
Anche il metodo di Casagrande è una misura di resistenza, ma:
in condizioni dinamiche e non statiche,
ha un carattere spiccatamente empirico,
si è dimostrato meno ripetibile e affidabile
(per l’influenza della durezza della base dell’apparecchio)
Le raccomandazioni europee (ETC5, EC7)
suggeriscono l’adozione della punta conica
(quale che sia) per la misura del limite liquido
Sono stati effettuati in proposito
“confronti all’europea” che hanno mostrato
che wL (Casagrande) > wL (Fall cone)
Identificazione Classificazione
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M = limi C = argille O = sostanze organiche
ML Limi inorganici da bassa a media plasticità
CL Argille inorganiche da bassa a media plasticità
OL Limi e argille organiche di bassa plasticità
MH Limi inorganici di alta plasticità
CH Argille inorganiche di alta plasticità
OH Argille organiche da media a alta plasticità
L = bassa plasticità H = alta plasticità
Carta di plasticità (USCS)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
limite di liquidità, wL (%)
ind
ice
di p
las
tic
ità
, IP
(%
)
linea A: IP = 0.73(wL-0.20)
CL
ML
OL
ML
OH
MH
CH
CL
Carta di Plasticità
bassa media alta
• La carta USCS deriva dalla carta ‘capostipite’ di Casagrande
• Si usano wL e IP per la limitata variazione in natura dei valori di wP
• Per una data mineralogia, sia wL che IP aumentano con la frazione argillosa (CF)
Identificazione Classificazione
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Attività (CF = frazione argillosa = passante a 2m)
A. elevata
A. bassa
25.1A75.0A
5.0A
A parità di composizione ( attività) mineralogica, un aumento di frazione argillosa (CF=p%<2m) determina un aumento proporzionale di IP e wL
spostamento parallelo alla linea A sulla carta di plasticità
Carta di Attività
Identificazione Classificazione
25 Addensamento e consistenza
Significato: Individuazione dello stato naturale di un terreno in relazione alle sue condizioni limite di porosità e/o contenuto d’acqua
Terreni Proprietà CFG di riferimento Parametro
Granulari Addensamento Indice dei vuoti, e Densità relativa
Fini Consistenza Contenuto d’acqua, w Indice di consistenza
Densità relativa dei terreni granulari Indice di Consistenza dei terreni fini
1,0minmax
max
ee
eeD
r
,
P
L
PL
Lc
I
ww
ww
wwI
emax = minima densità, misurata con
deposizione “pluviale”
emin = massima densità, misurata con
addensamento per vibrazione
wP = limite di plasticità
(stato semisolido → plastico)
wL = limite di liquidità
(stato plastico → fluido)
rD
e
01
maxemine
CI
w
01
LwPw
01
Identificazione Classificazione
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Valutazione empirica dell’addensamento dei terreni granulari
Addensamento e consistenza
Addensamento Dr Test
Molto sciolto 0.0 ÷ 0.2 Possibile infliggere a mano una barra d’acciaio per circa 1 m
Sciolto 0.2 ÷ 0.4 Abbastanza facile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
Mediamente sciolto/add.
0.4 ÷ 0.6 Difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
Addensato 0.6 ÷ 0.8 Molto difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
È possibile infiggere un picchetto per 5–10 cm con la mazza battente
Molto addensato 0.8 ÷ 1.0 Impossibile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
Valutazione empirica della consistenza dei terreni a grana fine
Consistenza Ic Test
Molle < 0.0 Si estrude tra le dita quando è pressata
Tenera 0.0 ÷ 0.5 Si modella con leggera pressione delle dita
Facile da incidere con l’unghia
Mediamente consistente
0.5 ÷ 1.0 Si modella con forte pressione delle dita
Abbastanza facile da incidere con l’unghia
Consistente >1.0 Non modellabile con la pressione delle dita
Difficile da incidere con l’unghia
Molto consistente >> 1.0 Molto difficile da incidere con l’unghia
solido
plastico
fluido
Identificazione Classificazione
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Ai fini di migliorarne le proprietà meccaniche e ridurne la permeabilità, il terreno da costruzione viene posto in opera previo ‘costipamento’
(operazione di compattazione, statica o dinamica) a grado di saturazione SR < 1
L’efficacia della compattazione è espressa dalla curva di costipamento, detta anche ‘curva Proctor’
Costipamento dei terreni da costruzione (cenni)
Questa esprime, per una fissata energia di costipamento impressa all’unità di volume, la variazione di peso secco dell’udv d ( densità secca) in funzione del contenuto d’acqua w ( umidità) aggiunto al terreno asciutto.
La curva si determina mediante la prova Proctor e viene presa come riferimento per la messa in opera del terreno
L’energia di compattazione per unità di volume è proporzionale al rapporto:
s
HWNE
dove: N = numero di colpi x strato W = peso massa battente H = altezza di caduta s = spessore strato
aumento di E
Identificazione Classificazione
28 Prova di costipamento Proctor
elementi fustella
fustella + campione all’interno
compattatore Proctor
contacolpi
Identificazione Classificazione
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S
wG1
e1)w(
s
ssd S
wG1)w(
s
sd 1S
• w > wopt wet of optimum l’approssimarsi alla saturazione ostacola l’addensamento
Nel piano (w, d) si possono individuare curve (iperboli) a grado di saturazione S = costante:
(curva di saturazione) In particolare, per S=1, si ha:
Comportamento dei terreni costipati
dry wet
opt
La massima efficacia è rappresentata dalle condizioni di ottimo (wopt, d,opt) • w < wopt dry of optimum l’aggiunta d’acqua fa aumentare S e migliora la ‘lavorabilità’