IdentificazioneCFG1
Prove di laboratorio su un campione di terreno
d ifi i iH
Riconoscimento generale
Identificazione sitoModalità prelievoAspetto materialeAltro…
Hg
j
Composizione ‐ reazione con HCl→ presenza di carbonati‐ reazione con H2O2 → sostanze organiche
Colore alterazione, ossidazioneShaking test sostanze argilloseShaking test sostanze argilloseMeso/Macrostruttura stratificazioni, fessure
Id tifi iM t i l i i tGranulometria (AA)Li iti di Att b (LL)1IdentificazioneMateriale rimaneggiato Limiti di Atterberg (LL)Peso specifico (Gs )1
P ità ( )
Materiale indisturbatoCaratteristiche Fisiche Generali(stato naturale)
Contenuto d’acqua (w)Peso dell’u.d.v. ()
Porosità (n e)1111
Proprietà idrauliche Permeabilità (PP, CEd)Provini 11
Proprietà meccanicheTX C Ed TD111
Compressibilità (CEd, TX)Resistenza (TX, TD)Deformabilità (TX)1
IdentificazioneCFG 2 Natura multifase di un ‘geomateriale’
Roccia lapidea Roccia sciolta
Compatta Porosa (terra)
Solido
Gas
Liquido
Aumento di porosità e di presenza delle fasi fluide
lo stato naturale di un mezzo multifase i ò i i à fi i hsi può caratterizzare attraverso proprietà fisiche definite dai rapporti tra volumi e pesi di fase solida e di fasi fluide
IdentificazioneCFG3
I mezzi continui sovrapposti
Schemi Vw
Vg PwVv
(Pg=0)
Schemia fasi separate
(o a continui sovrapposti)
Vw
PSV P
VS
gwsvs VVVVVV ws PPP
solido = “scheletro” di particelle solide + complessi di adsorbimento, comprendente i vuoti occupati da liquido + gas
meccanica dei mezziporosi
analisi :
p p q g
liquido = corrisponde al solo liquido libero (interstiziale),in genere acqua
idraulica dei mezziporosi
gas = corrisponde in genere all’aria (privo di peso)
IdentificazioneCFG4 Rapporti tra i pesi
wP peso acquaw = =P peso solido• contenuto d'acqua, w
Pw
Vw
Vg
Vv
sP peso solidoq ,PS
P
VS
V
solido volumesolido peso
s
ss V
P• peso specifico del solido, s so doo u esV
3 3 peso fluido 9.81 kN/m 10 kN/mvolume fluido
ww
w
PV
peso specifico del fluido, w
totale volumefluido solido peso
VPP ws peso (umido) dell'unità di volume,
totale volumeV
totale volumesolido peso
VPs
d peso secco dell'unità di volume, d
Risulta in genere w < d < < s
IdentificazioneCFG5
Rapporti tra i volumi
totale volumevuoti volume
VVn v• porosità, n
n
VVV
VV vs 1 Vg
VVv
solido volumevuoti volume
s
vVVe
indice dei vuoti (o 'indice di porosità'), e Vw
V
v
e
VVV
VV
s
vs
s1
s
nVV / eVV /
relazioni tra n ed e:VS
ss
nn
VVVVe
s
v
1/
/ee
VVVVns
sv
1/
/
acqua volumeVvuoti volumeacqua volume
v
wr VVS• grado di saturazione, Sr:
Grandezza Minimo Massimo Condizionen 0 solido continuo
1 vuotoe 0 solido continuoCondizioni limite:
vuotoSr 0 mezzo asciutto
1 mezzo saturo
IdentificazioneCFG6
Terreno asciutto, umido, saturo
Terreno asciutto (S =0)
)1(1/
/ nVVVP
VP
sssss
d
Terreno asciutto (Sr=0)
)(1/ eVVV s
sd
)1)(1()1()1( wnwwVP
VwPP
sdsss
Terreno umido (0<Sr<1)
VV
ewG
ew
VVPP
VVPP
VVVVS s
w
s
w
s
sv
sw
sv
ssww
sv
swr
//
///
r
s
w
s
r SwG
Swe
densità specifica relativa solido/acquass
w
G
con
Terreno saturo (Sr=1)
1 sr s
w
S e w G w
(indice dei vuoti contenuto d'acqua)
• peso saturo dell'unità di volume, sat
nnn wswdsat )1(
IdentificazioneCFG
7Terreno saturo immerso in acqua
)1)(()1()1()1(' nnnnn wswswwswsat - -
peso immerso dell'unità di volume, ' (= terreno saturo 'alleggerito' dalla spinta idrostatica)
))(()()()( wswswwswsat
equivale all'applicazione del 'Principio di Archimede':
“Un corpo immerso in un liquido è soggetto a una sottospintaUn corpo immerso in un liquido è soggetto a una sottospinta pari al peso del liquido spostato (= volume del corpo)”
Corpo = Particella solidaCorpo = Terreno saturo Corpo Particella solidaVolume = 1‐n
Corpo = Terreno saturoVolume = 1
Peso corpo = sat 1
Sottospinta = w 1
Peso corpo = s (1-n)
Sottospinta = w (1-n)__________________________
Risultante = (s ‐ w) (1‐n)_____________________
Risultante = sat ‐ w
IdentificazioneCFG
8Misura del peso specifico del solido
Ps = peso materiale solido
(preventivamente essiccato)(p )
volumenometro
s
ss V
P
solidovolume solido peso
s
Vs = volume d’acqua spostato
nel picnometro (differenza pesi)p ( p )
o nel volumenometro (lettura buretta)picnometro
Terreni a grana grossa Volumenometro (meno preciso)Terreni a grana fine Picnometro (più preciso)
IdentificazioneCFG9
Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - I
Misura delle CFG (volgarmente ‘n, , w’)
Determinazione in laboratorio della ripartizione, in pesi e volumi, tra le fasi caratterizzanti lo stato naturale di un terreno
1. misura del peso (umido) dell’unità di volume,
f
fucf
f
uV
PP
VP
campione volumecampione umido peso
ff
f hD
V4
2 ff 4
Metodo della doppia pesata Metodo a spostamento di fluido
Pf+c Peso campione + fustella Peso campione + fluido + recipiente
P Peso fustella Peso fluido + recipientePf Peso fustella Peso fluido + recipiente
Vf Volume fustella Volume fluido spostato
IdentificazioneCFG10
Misura delle Caratteristiche Fisiche Generali - II
2. misura del peso secco dell’unità di volume, d
f
fdcf
f
wu
f
sd V
PP
VPP
VP
campione volumecampione solido peso
Pw= peso acqua persa dopo essiccamento in stufa a 105° C
3. misura del contenuto d’acqua, w
1
lidacqua peso
dcfucfdfcfufcfsuw PPPPPPPPP
w solidopeso ddfcfdfcfs PPPPPsP
di norma si effettua sul provino adoperato per la misura di di norma si effettua sul provino adoperato per la misura di
ma può eseguirsi anche su un volume incognito
IdentificazioneCFG11
Misura delle C.F.G. - Riepilogo
Proprietà misurate
s ‐ ‐ d ‐ w
Proprietà calcolate
n ‐ e ‐ Sr
ne ss
d
11
1e 1d
s
s
d
ns ‐ d
w
sr e
wS
v
w
V V
w
Materiale
Valori di CFG per terreni tipici
ne sw e G (1 )d s n (1 )d w SG nMateriale
Sfere uniformi ‐ 0.26‐0.48 0.35‐0.92 ‐ ‐ ‐
Ghiaia 0.25‐0.40 0.30‐0.67 ‐ 14‐21 18‐23
1e
n
(con 1)rS 3[kN/m ] 3[kN/m ]SG n
2.6‐2.7
Sabbia 0.25‐0.50 0.30‐1.00 ‐ 13‐18 16‐21
Limo 0.35‐0.50 0.50‐1.00 ‐ 13‐19 16‐21
Argilla tenera 0.40‐0.70 0.70‐2.30 0.4‐1.0 7‐13 14‐18g
Argilla dura 0.30‐0.50 0.40‐1.00 0.2‐0.4 14‐18 18‐21
Torba 1.8‐2.2 0.75‐0.95 3‐19 2‐6 1‐5 10‐13
IdentificazioneCFG12
Analisi granulometrica - Fondamenti
Obiettivo:Obiettivo:determinare la distribuzione ponderale delle dimensioni dei granuli (granulometria) di un terreno
Procedure:Terreni granulari (d > 75 m) analisi mediante stacciatura
Ghiaia d > 2mmTerreni granulari (d > 75 m) analisi mediante stacciaturaTerreni fini (d < 75 m) analisi mediante sedimentazione Sabbia 2mm > d > 0.06mm
Limo 0.06mm > d > 0.002mm
Argilla d < 0.002mm
Nomenclatura (posto F1> F2> F3> F4):
F f i l t ‘F ’
g
F1 = frazione prevalente ‘F1’25%<F2<50% ‘con F2’10%<F3<25% ‘F3‐osa’5%<F4<10% ‘debolmente F4‐osa’
Sabbia 55% (F1) Sabbia
Limo 27% (F2) con limo
Argilla 13% (F3) argillosa
Ghiaia 5% (F4) debolmente ghiaiosa
10
60
ddCU CU=1 terreno monogranulare
CU>>1 terreno assortitoCoefficiente di uniformità, CU: ( disuniformità!)
IdentificazioneCFG13
Analisi granulometrica per stacciatura (d>0.075 mm)
Quantitàminime
d massa
Procedura
dVagli o Crivelli dmax
(mm)
massa
minima
75 120 kg
63 70 kg
(d > 2mm)
45 25 kg
37.5 15 kg
31.5 10 kg
22.4 4 kg
20 2 kg
16 1.5 kg
11.2 600 g
10 500 g
8 400 g
5.6 250 g
4 200 g
2.8 150 g
2 i f 100dSetacci
(d 2 ) 2 o inf. 100 g(d < 2mm)
IdentificazioneCFG14
Stacciatura: esecuzione ed interpretazione
Interpretazione
i
q1d1
Serie di stacci Pesate
AGI‐UNI
trattenuto al setaccio i: 1 100
i
jj
itot
qT
q q2
d2d (mm)10071
N
jq
qidi604025
passante al setaccio i: 1 100 100j
j ii i
tot
qP T
q
qNdN15105
distribuzione statistica21
0.4250 18
25
30
0.180.075
10
15
20
p (%
)
0
5
4,75 2,00 0,85 0,42 0,25 0,15 0,075
d (mm)
IdentificazioneCFG15
Ingredienti:
Analisi granulometrica per sedimentazione (d<0.075 mm)
Ingredienti:‐ cilindro + aerometro o idrometro o densimetro (= bulbo + stelo graduato)‐ sospensione di volume V noto (in genere 1 l) composto da: terreno (m = 50g) + acqua distillata ( 1 l) + agente disperdente (esametafosfato di sodio)terreno (ms = 50g) + acqua distillata ( 1 l) + agente disperdente (esametafosfato di sodio)
Principio:Principio:
sedimentazione
diminuzione densità
decremento sottospinta
t
p
affondamento aerometro
Interpretazione:p
1. misura velocità di affondamento idrometro → diametro di2. misura densità della sospensione → passante pi
IdentificazioneCFG16
Sedimentazione: esecuzione
PreparazioneProcedura:A tempi variabili con progressione geometrica si acquisiscono letture di densità della sospensione (decrescente nel tempo per la deposizione dei grani)
Ipotesi semplificative per l’interpretazione:
1. al tempo t i granuli con d > di hanno percorso una distanza z > Hr(Hr = percorso di sedimentazione delle particelle. E’ legata alla lettura del densimetro attraverso una procedura di taratura dello strumento)
2. la concentrazione di d < di dipende dalla densità del volume z < Hr
IdentificazioneCFG17
Sedimentazione: interpretazione diametro
Come si ottiene il diametro d?
Invertendo la Legge di Stokes (sedimentazione particelle sferiche):
⇒21800
dv ws
1800 vkvdws
⇒ tH
kd r
v = velocità di sedimentazione
s = peso specifico solido, noto da misura apposita
w , = peso specifico e viscosità acqua, funzioni di T note 1
005531.0
SGk
Taratura idrometro 152H18
Hr = profondità baricentro idrometro, legata a Rm da relazione lineare
Rm = lettura idrometro Ra, corretta di Cm per effetto del menisco (Rm = Ra + Cm)
1.5
10
12
14
16
', H
r (cm
)
1.1371.002
0 891
1.3041
(m
Pa*s
)
Hr = -0.1639Rm + 16.298R2 = 0.99992
4
6
8
prof
ondi
ta'0.891
0.798
= 0 0005T2 - 0 0448T + 1 7016
0.5
visc
osità
,
0
2
0 10 20 30 40 50 60
lettura 'vera', Rm
0.0005T 0.0448T + 1.7016
010 15 20 25 30
temperatura, T (°C)
IdentificazioneCFG18
Sedimentazione: interpretazione passante
1. correggendo Ra per la lettura di zero C0 (effetto temperatura, CT + agente disperdente, Cd):
Come si ottiene la frazione passante p?
CRCCRR 5
2. esprimendo la massa del volume di sospensione V:
0adTac CRCCRR CT = 0.0134T2 - 0.303T + 0.5434
R2 = 0.9949
2
3
4
5
pera
tura
, CT
( ) ( ) ( ) sw s s s w s w s w s w
s
p mV V V V V V V
-1
0
1
orre
zion
e te
mp
p m
( )V R
-215 20 25 30
temperatura, T (°C)
co( ) ( ) sw s w
s
p mV
1,70
3. ricavando p dalla:( )s w c
s w s s
V Rp a
m m
a = -0,35GS + 2,54
1,40
1,50
1,60
,
a
essendo s
s w
a
( )R V a/a2.65 = -0.2GS + 1.531,10
1,20
1,30
cost
ante
Idrometro 152H
( )c wV
(lettura corretta, per V=1000 cm3
espressa in millesimi di g/cm3 oltre l’unità)
0,90
1,00
2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3densità specifica relativa, Gs
IdentificazioneCFG19
Stacciatura + Sedimentazione = Granulometria
stacciaturasedimentazione
Ghiaia (%) dmax (mm)
Sabbia (%) d60 (mm)
Limo (%) d10 (mm)o (%) d10 ( )
Argilla (%) Coefficiente di uniformità, CU=d60/d10
IdentificazioneCFG20
Limiti di consistenza - Fondamenti
bObiettivo: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’acquache esprimono transizioni di comportamento del terreno al variare del contenuto d acqua
Gli stati fisici di interesse tecnicoGli stati fisici di interesse tecnicosono normalmente 'umidi‘per cui si fa in genere riferimento a:
• limite di plasticità wP
• limite di liquidità wL
• indice di plasticità I w w• indice di plasticità IP = wL– wP
e non al limite di ritiro wS
Procedure:d i i i l d i li i i di bdeterminazione convenzionale dei limiti di Atterberguso di un criterio di classificazione dei terreni a grana fine
IdentificazioneCFG21
Limite di plasticità – Procedura standard
Principio:
il limite plastico è convenzionalmente fissato dal contenuto d’acqua wP in corrispondenza
d l l i di t id tt i b t i i f tti t l tt il l d lldel 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 3mm
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 wmedio su almeno due serie diverse di misure
IdentificazioneCFG22
Limite di liquidità – Metodo ASTM (Casagrande)
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
Coppetta (o ‘cucchiaio’) di Casagrande
Assetto iniziale Configurazione finale
contacolpi
coppetta
utensile
IdentificazioneCFG23
Metodo Casagrande: esecuzione e interpretazione
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
Interpretazione:
w è il valore corrispondente a 25 colpiw è il valore corrispondente a 25 colpi
ottenuto mediante interpolazione
tra le misure eseguite
(in scala semilogaritmica)
IdentificazioneCFG24
Limite di liquidità – Procedura con penetrometro
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 affondamentodi 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
Tipo di cono Affondamento Apertura punta Peso cono
BS (i l ) 10 30° 80BS (inglese) 10 mm 30° 80 g
SGI (svedese) 20 mm 60° 60 g
IdentificazioneCFG25
Metodo ‘fall cone’: esecuzione e interpretazione
2) Interpretazione mediante interpolazione lineare tra le misure
1) In ogni fase di esecuzione (da ripetere almeno 4 volte!)
Fasi della prova:
eseguiteva registrato l’affondamento i e misurato il contenuto d’acqua wi
IdentificazioneCFG26
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:
2iWKcu K= f(apertura cono)
A h il d di C d è i di iAnche 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 mostratoconfronti all europea che hanno mostrato
che wL (Casagrande) > wL (Fall cone)
IdentificazioneCFG27
Carta di Plasticità
Carta di plasticità (USCS)
70
80bassa media alta
M = limiC = argilleO = sostanze organiche
d b d l à
L = bassa plasticitàH = alta plasticità
50
60
70
ità, I
P (%
)
linea A: IP = 0.73(wL-0.20)
CHML 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 plasticità20
30
40
ce d
i pla
stic
CLML
OH
CL
MH Limi inorganici di alta plasticità
CH Argille inorganiche di alta plasticità
OH Argille organiche da media a alta plasticità0
10
20
indi
c
OLML
OHMH
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100limite di liquidità, wL (%)
• La carta USCS deriva dalla carta ‘capostipite’ di Casagrande
• Si usano wL e IP per la limitata variazione in natura dei valori di wP
U t dà l ti lli ti ll l t d A• Un terreno omogeneo dà luogo a punti allineati parallelamente ad A
• Per una data mineralogia, sia wL che IP aumentano con la frazione argillosa (CF)
IdentificazioneCFG28
Carta di Attività
A parità di composizione ( attività) mineralogica,un aumento di frazione argillosa (CF=p%<2m)determina un aumento proporzionale di IP e wL
100
determina un aumento proporzionale di IP e wL
spostamento parallelo alla linea A sulla carta di plasticità
70
80
90
à, I
(%)
A. elevata
40
50
60
edi
pla
stic
ità
75.0AI
10
20
30in
dice
A. bassa
25.1AI
5.0AI
00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
frazione argillosa, CF (%)
Indice di attività (CF = frazione argillosa = passante a 2m)CFII P
A
IdentificazioneCFG29
Proprietà di stato: Compattezza e consistenza
Significato:Significato:Individuazione dello stato naturale di un terrenoin relazione alle sue condizioni limite di porosità e/o contenuto d’acqua
Terreni Proprietà CFG di riferimento Parametro
Granulari Compattezza Indice dei vuoti, e Densità relativa
Fi i C i t C t t d’ I di di i tFini Consistenza Contenuto d’acqua, w Indice di consistenza
Densità relativa dei terreni granulari Indice di Consistenza dei terreni fini
1,0minmax
max
eeee
Dr
,P
L
PL
Lc I
wwwwwwI
D
e maxemine
I
w LwPw
emax = minima densità, misurata con
deposizione “pluviale”wP = limite di plasticità
(stato semisolido→ plastico)
rD 01 CI 01 01
deposizione pluviale
emin = massima densità, misurata con
addensamento per vibrazione
(stato semisolido → plastico)
wL = limite di liquidità
(stato plastico → fluido)
IdentificazioneCFG30
Compattezza e consistenza
Valutazione empirica della compattezza dei terreni granulariCompattezza Dr Test
Molto sciolta 0.0 ÷ 0.2 Possibile infliggere a mano una barra d’acciaio per circa 1 m
Sciolta 0.2 ÷ 0.4 Abbastanza facile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
Mediamente sciolta 0.4 ÷ 0.6 Difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barra
Molto difficile da scavare con la vanga o da penetrare con la barraDensa 0.6 ÷ 0.8
g p
È possibile infiggere un picchetto per 5–10 cm con la mazza battente
Molto densa 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
Molto molle < 0.0 Si estrude tra le dita quando è pressata
Molle 0.0 ÷ 0.5Si modella con leggera pressione delle dita
Facile da incidere con l’unghial ti
fluido
Moderatamente consistente
0.5 ÷ 1.0Si modella con forte pressione delle dita
Abbastanza facile da incidere con l’unghia
Consistente >1 0Non modellabile con la pressione delle dita
plastico
Consistente >1.0Difficile da incidere con l’unghia
Molto consistente >> 1.0 Molto difficile da incidere con l’unghiasolido