3.6 Le prove di laboratorio eseguite
3.6.1 Le analisi granulometriche
Le analisi granulometriche, non dipendono dalla natura chimica o chimico-mineralogica delle particelle e prendono in considerazione esclusivamente la loro dimensione. Le particelle sono distinte in classi granulometriche, diversamente definite a seconda del sistema o della norma utilizzata. In generale, a prescindere dai parametri dimensionali adottati dai diversi sistemi di classificazione, le classi granulometriche principali sono solitamente 4, in ordine di dimensione decrescente:
Ghiaie; Sabbie; Limi; Argille.
Le raccomandazioni dell’Associazione Geotecnica Italiana (AGI), utilizzano criteri del British Standard e del Massachussetts Institute of Technology e si differenziano dagli altri sistemi perché
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le particelle fini quali limi ed argille hanno un diametro inferiore a 60 micron e le ghiaie hanno un diametro superiore ai 2.00 mm.
Il sistema utilizzato in questo caso corrisponde all’Unified Soil Classification System USCS, è definito dalla norma ASTM D2487 ed applicata per la classificazione basata sulla dimensione della frazione a grana grossa. La parte fine perciò con diametro inferiore a 75 micron, non è più classificata granulometricamente ma in base alle proprietà dell’indice di Attemberg.
La distribuzione granulometrica di un provino di terreno viene determinata con due procedure distinte, una per la parte “grossa” ed una per la parte “fine”.
La prima procedura è costituita da una vagliatura meccanica, permette di identificare le componenti di diametro maggiore di 75 micron, tramite l’utilizzo di setacci a maglie quadrate le cui dimensioni sono standardizzate e riportate nella seguente tabella.
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Figura 37 Classificazione setacci e crivelli secondo normativa UNI/CNR ed ASTM
Il processo di vagliatura è relativamente semplice e funziona tramite l’azione della gravità e delle vibrazioni imposte ai crivelli e setacci. Si impilano i setacci verticalmente, con dimensione della maglia decrescente dall'alto verso il basso: l'ultimo setaccio (n°200) ha maglia con apertura 0.075 mm o 0,060 mm. Al di sotto si posiziona un fondello chiuso per raccogliere il passante al setaccio n°200. Il provino viene collocato nel setaccio a maglia maggiore e si procede applicando alla pila di setacci una serie di scosse con un apparecchio detto vibrovagli. Con tale azione meccanica ogni setaccio viene attraversato dai grani di dimensione inferiore a quella della maglia, e trattiene solo il materiale di dimensione maggiore. Al termine di tale procedura, si pesa la quantità di materiale trattenuto da ciascun setaccio. La luce della maglia identifica il diametro nominale del materiale trattenuto.
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Figura 39 Materiale sabbioso (0.075 mm < diametro nominale < 4.75 mm) separato per setacciatura
La seconda procedura è detta sedimentazione ed è l'operazione cui si ricorre per individuare le percentuali delle frazioni fini (ASTM D422). Si basa sul fatto che la velocità di sedimentazione di una particella sferica in un fluido viscoso è costante e dipende dal quadrato del suo diametro (legge di Stokes). La legge di Stokes è basata sul fatto che quanto più il liquido è viscoso, tanto più è bassa la velocità di una sfera lasciata cadere liberamente in tale liquido. Ma una sfera che cade all'interno di un liquido solo per gravità, ad un certo istante del suo percorso acquista una velocità costante, e ciò si verifica quando la resistenza opposta dalla viscosità del liquido è esattamente bilanciata dalla spinta gravitazionale. Anche le dimensioni delle particelle sono importanti: più sono piccole, minore è la velocità di sedimentazione.
u=2(ρs-ρf) 9μ gr
2
Dove:
ρ = densità della sfera ρ
f = densità del fluido μ = viscosità del fluido g = accelerazione di gravità r = raggio nominale della sfera
Per eseguire la determinazione sperimentale si utilizza un campione di circa 50 grammi di terreno passante al setaccio n°200, essiccato in forno a 105°C e successivamente pestato in un
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mortaio per disaggregare i singoli grani. Il campione viene disciolto in una soluzione antiflocculante di acqua distillata ed esametafosfato di sodio (con concentrazione di 40 g/l) e mescolato meccanicamente per 15 minuti. Infine si prepara una sospensione di un litro utilizzando il campione mescolato e l’aggiunta di ulteriore acqua distillata. La sospensione è posta all'interno di un contenitore graduato e, dopo averla inizialmente agitata in modo che tutte le particelle di terreno risultino in sospensione, si procede a intervalli di tempo prestabiliti a determinare la densità della sospensione con un densimetro e la contestuale misura della temperatura della sospensione, in questo modo è possibile determinare la percentuale di materiale che è precipitata dopo un determinato tempo e perciò corrispondente un certo diametro, secondo la legge della velocità di sedimentazione precedentemente illustrata. Si procede per 24 ore arrivando a determinare la percentuale di argilla (diametro di 0.001 mm). Si assume per questa determinazione che il diametro delle particelle corrisponda a quello di una sfera ideale equivalente.
I dati raccolti dalle due operazioni appena descritte, vengono disposti su un grafico per costruire la così detta curva granulometrica. Essa viene rappresentata portando in ascissa il diametro (luce del setaccio/crivello o diametro della sfera equivalente) in scala logaritmica e in ordinata la cosiddetta percentuale di passante ossia la percentuale di materiale riferito alla massa che ha diametro minore al valore. La percentuale di passante è calcolata sul totale della massa di terreno esaminata ottenendola per differenza rispetto alla massa di terreno trattenuta. I punti riportati sul grafico sono uniti da tratti lineari ottenendo la cosiddetta curva granulometrica. La dimensione della maglia per cui risulta passante il 50% del materiale è indicata col simbolo d50. Più in generale il simbolo dx è il diametro rispetto al quale è passante un valore x% del campione. Il rapporto Uc=d60
d10 è detto coefficiente di uniformità, e indica materiale uniforme per valori fino a 2, poco assortito fino a 6, materiale ben assortito per valori superiori.
Si definisce anche il coefficiente di curvatura definito come: Cc=d302
(d10∙d60)
Tali procedure di classificazione sono stati eseguiti per tutti e 3 i campioni indisturbati prelevati, nei seguenti paragrafi si riportano le tabelle delle misurazioni effettuate e le rispettive curve granulometriche.
69 3.6.1.1 Campione 1 (profondità 12,00 m – 12,60 m)
Figura 40 Foto del campione 1 prelevato ad una profondità di 12.00 m
Il campione si presenta con una lunghezza di 59 cm, di cui la prima parte rivolta verso l’alto, per una lunghezza tra i 0 – 18 cm si presenta parzialmente rammollita, la seconda parte tra 18 e 59 cm si presenta in buone condizioni e composta da un limo argilloso con sabbia e raro ghiaietto di colore grigio. Il campione 1 può essere classificato di qualità pari a Q5.
Si riportano i dati della setacciatura secondo la norma ASTM:
Si riportano le tabelle contenenti i dati della sedimentazione realizzata secondo le norme CNR- UNI:
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Riportando i dati ottenuti dalla setacciatura e dalla sedimentazione sul grafico precedentemente descritto otteniamo la curva granulometrica riferita al campione numero 1.
Riepilogando la composizione granulometrica e le rispettive dimensioni dei grani otteniamo: Riepilogo composizione granulometrica Campione 1 (12-12,60 m)
Tipologia Dimensioni Percentuale in massa
Ghiaia ∅≥4,75 mm 0.34 %
Sabbia 0.075mm≤∅<4,75 mm 31.09 %
Limo 0.005mm≤∅<0.075 mm 57.42 %
Argilla 0.001mm≤∅<0.005 mm 11.14 %
3.6.1.2 Campione 2 (profondità 18,00 m – 18,60 m)
Il campione 2, prelevato ad una profondità compresa tra i 18.00 ed i 18.60 m, una volta estratto dalla fustella si presenta con una lunghezza pari a 55 cm. Partendo dall’alto e proseguendo verso la parte opposta, il campione si presenta per un primo tratto tra 0 – 12 cm composto da un limo
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argilloso e sabbioso parzialmente rammollito, successivamente troviamo una piccola inclusione 12 – 14 cm di sabbia; il terzo strato che è quello più consistente e su cui si basano le analisi seguenti, si sviluppa tra i 14 ed i 45 cm, è costituito da un limo argilloso e sabbioso di colore grigio-marrone; infine osservando il campione è possibile individuare un quarto strato tra i 45 ed i 55 cm costituito da sabbia limosa di colore grigio, molto probabilmente questa parte costituisce il tetto dello strato sabbioso posto a circa 19 m di profondità individuato con le prove CPTU.
Si riportano i dati della setacciatura secondo la norma ASTM:
Si riportano le tabelle contenenti i dati della sedimentazione realizzata secondo le norme CNR- UNI:
Riportando i dati ottenuti dalla setacciatura e dalla sedimentazione sul grafico precedentemente descritto otteniamo la curva granulometrica riferita al campione numero 2.
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Riepilogando la composizione granulometrica e le rispettive dimensioni dei grani otteniamo:
Riepilogo composizione granulometrica Campione 2 (18-18,60 m)
Tipologia Dimensioni Percentuale in massa
Ghiaia ∅≥4,75 mm 0.00 %
Sabbia 0.075mm≤∅<4,75 mm 17.70 %
Limo 0.005mm≤∅<0.075 mm 63.13 %
Argilla 0.001mm≤∅<0.005 mm 19.18 %
3.6.1.3 Campione 3 (profondità 24,00 m – 24,60 m)
Il campione numero 3, prelevato ad una profondità posta tra i 24.00 ed i 24.60 m, si presenta con una lunghezza pari a 53 cm, nel suo complesso il campione risulta omogeneo e costituito totalmente dallo stesso materiale ossia un limo con argilla debolmente sabbioso e raro ghiaietto di
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colore grigio, con la presenza di alcuni frammenti di conchiglie. Anche il campione numero 3 si può classificare con un grado di qualità pari a Q5.
Si riportano i dati della setacciatura secondo la norma ASTM:
Si riportano le tabelle contenenti i dati della sedimentazione realizzata secondo le norme CNR- UNI:
Riportando i dati ottenuti dalla setacciatura e dalla sedimentazione sul grafico precedentemente descritto otteniamo la curva granulometrica riferita al campione numero 3.
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Riepilogo composizione granulometrica Campione 3 (24-24,60 m)
Tipologia Dimensioni Percentuale in massa
Ghiaia ∅≥4,75 mm 0.62 %
Sabbia 0.075mm≤∅<4,75 mm 5.04 %
Limo 0.005mm≤∅<0.075 mm 66.40 %
Argilla 0.001mm≤∅<0.005 mm 27.94 %
3.6.1.4 Campione 4 (profondità 30,50 m)
Si rammenta che è stato tentato senza successo, il prelievo di un quarto campione alla profondità di 30.50 m, ma data la presenza di materiale incoerente e quindi elevata presenza di ghiaia e sabbia, e l’utilizzo di un campionatore di tipo Osterberg ciò non è stato possibile.