Struttura dei depositi di sedimenti coesivi e incoerent

Le considerazioni fin qui fatte riguardano depositi costituiti solamente da particelle argillose (limo, argilla). Il problema diviene molto più complesso se ai sedimenti coesivi si va ad aggiungere una percentuale di sedimenti incoerenti (sabbia), così da ottenere un deposito “bigranulare”.

In tal caso bisogna valutare, oltre alle interazioni di tipo coesivo, anche le interazioni tra la frazione fine e quella incoerente, per poter stabilire la configurazione strutturale e quindi il comportamento del deposito stesso.

Gli studi fin qui condotti risultano così esigui che non portano a stabilire con esattezza quali siano i parametri che governano il problema, poiché parte di quelli validi per i depositi costituiti da sola argilla potrebbero essere trascurati e sostituiti con ulteriori fattori.

Una prima caratterizzazione strutturale di un deposito bigranulare è quella di valutare la presenza o meno di forze coesive, tramite la stima delle percentuali di sabbia, limo, argilla e carico organico (Van Rijn, 2007).

Van Ledden et al. (2004) hanno proposto una caratterizzazione delle miscele basandosi

sul contenuto d’acqua e sui limiti di Atterberg, adottando anche una precisa classificazione delle diverse frazioni di materiale costituenti il deposito (tab.2.6).

Tabella 2.6 – Classificazione delle particelle solide proposta da Van Ledden et al. (2004) Materiale Dimensioni (mm)

Sabbia 0,063÷2

Limo 0,004÷0,063

Argilla <0,004

Il problema è stato formulato in riferimento ai fenomeni di erosione dovuti alle correnti idriche nelle seguenti ipotesi: il comportamento all’erosione delle miscele è influenzato solamente da fattori fisici e non da parametri di tipo chimico-biologico, la coesione è dovuta alla sola frazione di argilla, il deposito è saturo e aumenta la sua resistenza all’erosione al diminuire del contenuto d’acqua, la miscela è uniforme in profondità ed è disposta su una superficie piana a pendenza nulla, la velocità media della corrente idrica risulta minore di 1 m/s, cioè tale da considerare solo l’erosione superficiale.

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Gli autori hanno utilizzato la relazione proposta da Mitchell (1976), che mette in relazione l’indice di plasticità e l’indice di attività (cfr. § 1.4.5):

(

)

A

PI = _,arg − _, (2.7)

dove p_p,arg è pari al rapporto tra il peso della componente argillosa e il peso totale della miscela , mentre p_p,offset è la percentuale in peso di argilla detta di compensazione pari alla minima quantità di argilla necessaria affinché la miscela assuma comportamento plastico; generalmente p_p,offsetassume valori compresi tra 0,05÷0,10 (Mitchell,1976). Secondo gli autori la percentuale di compensazione non è altro che il contenuto critico di argilla che segna il passaggio da miscele incoerenti a miscele coesive: nel primo caso risulta p_p,offset > p_p,arg, mentre nel secondop_p,offset < p_p,arg.

Al variare del contenuto d’acqua e delle diverse porzioni dei materiali, sono state stimate tre tipologie di struttura della miscela:

- struttura predominante di sabbia, se la percentuale di volume di sabbia rispetto al volume totale della miscela risultava p_v,sab≥0,4÷0,5

- struttura predominante di limo, se la percentuale di volume di limo rispetto al

volume dei pori formatisi tra la sabbia risultava pv,lim/

(

)

argillapv,arg ≥i⋅pv,off, dove i > 1.

Si è dimostrato, inoltre che la struttura persisteva solo se il contenuto d’acqua non superava un certo valore soglia. A tal proposito, consideriamo un deposito ben compatto costituito da particelle di sabbia aventi stesse dimensioni e presenti in quantità nettamente maggiori a quelle dell’acqua (fig.2.20a). Se aumentiamo quest’ultimo la superficie di contatto tra le singole particelle solide tende a ridursi (fig.2.20b) fino a raggiungere una condizione critica superata la quale si ha il distacco delle particelle solide e quindi la fluidizzazione del deposito (fig.2.20c).

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Figura 2.20 – Struttura di un deposito per diverse percentuali di sabbia (Van Ledden et al., 2004)

In base a le suddette considerazioni, Van Ledden et al. (2004) proposero di classificare da un punto di vista strutturale le miscele secondo il diagramma in fig.2.21.

Figura 2.21 – Caratterizzazione strutturale di una miscela (Van Ledden et al., 2004)

La retta continua orizzontale di colore rosso separa il campo delle miscele incoerenti da quelle coesive e corrisponde a una percentuale di peso dell’argilla pari a 0,075. Tale valore non è niente altro che la media aritmetica dei limiti di intervallo in cui varia

64 offset

p

p _, ; più precisamente si ha una miscela incoerente se p_p,arg <0,05, una miscela semicoerente se 0,05< p_p,arg <1 e una miscela coesiva se p_p,arg <1.

Le rette oblique tratteggiate in verde, sulla sinistra del diagramma, delimitano le zone in cui ricadono le miscele aventi struttura predominante di sabbia, in funzione del contenuto d’acqua.

Le rette oblique tratteggiate in blu, sulla destra del diagramma, delimitano analogamente le zone in cui ricadono le miscele aventi struttura predominante di limo, sempre in funzione del contenuto d’acqua.

In definitiva, le miscele vengono classificate in base alla loro struttura in IV classi; in particolare, nella zona I e II prevalgono le miscele costituite prevalentemente da sabbia, alla zona III fanno parte le miscele in cui non esiste una frazione che prevale sulle altre, nella zona IV prevalgono le miscele costituite prevalentemente da argilla e, infine, nelle zone V e VI prevalgono le miscele costituite prevalentemente da limo.

Inoltre, alle zone I, III e V appartengono le miscele incoerenti, mentre alle zone II, IV e VI quelle coesive.

Van Ledden et al (2004) applicarono la loro classificazione ai dati sperimentali di Torfs

(1995) relativi a miscele di sabbia, caratterizzate da un d50=0,23 mm e minerali argillosi (caolinite e montmorillonite, e limo).

Torfs (1995) giunse alla conclusione che le miscele assumono carattere coesivo quando

la percentuale di materiale fine (caolinite più limo) supera il 7÷13%; limite leggermente superiore di quello proposto da Van Ledden (2004).

L’analisi dei dati sperimentali ha dimostrato che, al variare della percentuale di argilla, le miscele composte da caolinite presentano una struttura in cui predomina la sabbia, mentre quelle composte da montmorillonite passano da una struttura in cui predomina la sabbia a un’altra in cui predomina l’argilla.

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