La terra come materiale da costruzione: PROVE DI LABORATORIO

Presentazione sul tema: "La terra come materiale da costruzione: PROVE DI LABORATORIO"— Transcript della presentazione:

1 La terra come materiale da costruzione: PROVE DI LABORATORIO
Silvia Briccoli Bati, Luisa Rovero Dipartimento di Costruzioni Università di Fireze

2 la terra come materiale da costruzione
Prove in laboratorio analisi granulometrica determinazione dei limiti di Atterberg analisi mineralogica (Fabio Fratini, CNR) prove di compattazione prove di taglio prove meccaniche Prove in situ penetrometro sclerometro sclerometro a pendolo ….

3 analisi granulometrica
determina la composizione dimensionale dei terreni, con la ripartizione in peso dei granuli costituenti determinate classi dimensionali (decrescente di grossezza) ghiaie sabbie limi argille La procedura più semplice per effettuare un’analisi granulometrica è costituita dalla vagliatura per mezzo di una serie di setacci con apertura delle maglie via via decrescente sovrapposti e soggetti a vibrazione i granuli si separano in frazioni di dimensioni pressoché uguali, ciascuna trattenuta al corrispondente setaccio

4 analisi granulometrica
I setacci consigliati dalle norme ASTM (D422) vanno da un massimo di 75mm di apertura delle maglie fino a mm Granulometricamente si considerano due classi di rocce sciolte classe superiore (frazione grossa o molto grossa) ghiaie e sabbie le cui particelle sono trattenute al setaccio M200 con diametro maglia di 0,075 mm, secondo quanto previsto dalle normative ASTM D 422 e UNI-CNR Anno V nº 23 ; classe inferiore (frazione fine o molto fine) limi e argille le cui particelle sono passanti ai predetti vagli

5 analisi granulometrica
Per le rocce sciolte della classe superiore (>0.075mm), l’analisi granulometrica si effettua tramite vagliatura a secco (ASTM D 421) via umida (CNR-UNI Anno V nº 23) Per le rocce sciolte della classe inferiore,<0.075mm(ASTM) oppure mm (BS, AFNOR) con il metodo del densimetro l’analisi granulometrica si effettua con metodi indiretti, basati sui tempi di sedimentazione delle particelle in acqua distillata

6 analisi granulometrica
Le informazioni ottenute dall’analisi granulometrica vengono presentate sotto forma di curve ad ogni diametro del setaccio usato viene indicata la percentuale in peso, rispetto al campione secco iniziale, della frazione più fine (% di passante)

7 analisi granulometrica
A sabbia uniforme B sabbia e ghiaia ben assortita C sabbia e ghiaia poco assortita Curva di Fuller (minimizza i vuoti e massimizza i contatti)

8 analisi granulometrica
Il coefficiente di uniformità permette di dare un’indicazione della distribuzione granulometrica al diminuire la curva risulta più ripida e il materiale meno gradato e più omogeneo

9 analisi granulometrica
Ricerca della tessitura ottimale per ottenere la resistenza migliore di una terra, tanto alla sollecitazione meccanica quanto al’azione dell’acqua, occorre ridurre i vuoti moltiplicare i contatti fra i grani Per grani sferici, è possibile calcolare la proporzione relativa di ogni frazione di grani di differenti diametri in modo da ottenere la densità maggiore si usa la formula di Fuller: p=100 (d/D)n p=proporzione di di grani di un dato diametro d= diametro di grani per la proporzione p vista D= diametro dei grani più grossi n=coefficiente di gradazione (n=0.5 per i grani tutti sferici; per le costruzioni in terra si prende n=0.2 – 0.25 )

10 analisi granulometrica
Curve del Fuller

11 analisi granulometrica
Correzione della tessitura le terre disponibili possono essere migliorate attraverso la correzione della granulometria è possibile correggere un tenore troppo alto o troppo basso in ghiaie, o sabbie fini, sia per apporto di frazioni in difetto che per esclusione delle frazioni in eccesso A terra sabbiosa

12 analisi granulometrica
Correzione della tessitura terre troppo ricche in ghiaia è sufficiente l’eliminazione per vagliatura degli elementi di dimensioni grosse potrà essere utile una eliminazione manuale delle parti più grosse terre troppo ricche in parti fini può essere migliorata eliminando le parti fini per lavaggio; però tale tecnica si dimostra molto difficile perché non si riesce a controllare se si elimina l’intera totalità della parte fine è preferibile lavare interamente una certa quantità di terra e dopo la sua asciugatura si mescola alla terra iniziale; anch’essa è una procedura delicata è possibile mescolare alla terra iniziale una terra ricca di parti grosse in modo da bilanciare le parti fini

13 analisi granulometrica
Terre con tessitura discontinua la tessitura discontinua di una terra è evidenziata dalla curva granulometrica si possono osservare due aspetti caratteristici: la curva è piana per una determinata frazione di grani: questa frazione granulometrica è deficitaria è conveniente allora apportare alla terra elementi delle date frazioni mancanti in giuste proporzioni la curva descrive una ascensione molto netta per una determinata frazione di grani: queste frazioni granulometriche sono troppo abbondanti conviene allora escludere una parte di queste frazioni per vagliatura o equilibrare ciò che eccede con l’aggiunta di elementi delle restanti frazioni

14 analisi granulometrica
Se le terre disponibili sono troppo differenti e particolarmente sabbiose o argillose, sarà necessario mescolarle Si riportano su un diagramma granulometrico le curve delle terre sabbiose e argillose e la traccia della curva ottimale cercata. Si congiunge con una retta il punto più basso sulla curva della terra sabbiosa e il punto più alto della terra argillosa. L’ordinata del punto di intersezione di questa retta con la curva ottimale ci da la proporzione della terra piu fine da mescolare alla terra più grossa per ottenere una tessitura che approccia quella della curva ottimale

15 analisi granulometrica
Zona di ammissibilità per le terre da impiegare nel pisè (manuale CRATerre)

16 analisi granulometrica
Zona di ammissibilità per le terre da impiegare nell’ adobe (manuale CRATerre)

17 limiti di Atterberg un terreno argilloso può presentarsi in uno dei quattro stati seguenti, in funzione del suo contenuto d’acqua stato liquido stato plastico stato semisolido stato solido I contenuti d’acqua corrispondenti ai limiti di separazione tra due stati contigui sono i limiti di Atterberg limite liquido wl: minimo contenuto d’acqua per il quale il terreno scorre per effetto di una piccola pressione (dell’ordine di 2-3 kPa) e si comporta come un fluido viscoso limite plastico wp: minimo contenuto di acqua per il quale il terreno può essere deformato plasticamente senza frantumarsi limite di ritiro ws: contenuto di acqua al di sotto del quale il terreno non subisce più riduzione di volume se viene essicato

18 limiti di Atterberg Indice di plasticità IP = wl-wp definisce, in contenuto d’acqua, il campo dei valori entro cui la terra si mantiene plastica ed è data dalla differenza tra il limite liquido e il limite plastico. il suo valore fornisce un criterio per valutare il carattere argilloso di una roccia e quindi della sua coesione tale indice ha valore massimo per le argille con particelle lamellari attive e minimo per le sabbie e limi, che hanno grani prevalentemente tondeggianti e inattivi più Ip è grande, più l’aumento di volume per umidificazione della terra e il sua diminuizione per essiccazione sono grandi Ip precisa dunque i rischi da deformazione del materiale

19 limiti di Atterberg Limite liquido Wl
minimo contenuto d’acqua per il quale il terreno si comporta come un fluido viscoso si determina con l’apparecchio di Casagrande

20 limiti di Atterberg Pu il peso della terra umida Pt il peso della tara
Ps il peso secco del campione W% il contenuto d’acqua Con questi valori si costruisce il diagramma da cui si ricava il limite liquido riportando il numero di colpi sull’ascissa in scala logaritmica, ed il relativo contenuto d’acqua sull’ordinata In corrispondenza del numero di colpi pari a 25 si legge la relativa umidità sulla traccia della retta passante o intercettata per i punti trovati

21 limiti di Atterberg Limite plastico Wp
Questa prova ha lo scopo di determinare il contenuto d’acqua in corrispondenza del quale il campione di terra inizia a perdere il suo comportamento plastico Viene determinato formando, manualmente su una lastra di vetro smerigliato una serie di bastoncini del diametro di 3,2 mm e determinando il contenuto d’acqua quando essi iniziano a fessurarsi. Il valore corrispondente al limite plastico viene assunto come media di tre misurazioni

22 limiti di Atterberg Limite di ritiro ws
Il limite di ritiro Ws è l’umidità sotto alla quale l’essicamento avviene senza altra riduzione di volume La sua determinazione ha quindi lo scopo di valutare il minimo contenuto d’acqua necessario per riempire i vuoti intergranulari e perciò il minimo contenuto d’acqua per saturare il terreno

23 plasticità retta A Ip=0.73(Wl-20) retta Wl =50%
Nell’analisi della plasticità di una terra, i due parametri più importanti sono la tessitura e la natura mineralogica delle argille è tanto la quantità che la qualità della frazione argillossa che influenza la plasticità di una terra e dunque i limiti d’Atterberg I diagrammi dei limiti d’Atterberg descrivono le zone che qualificano le terre retta A Ip=0.73(Wl-20) distingue le argille (al di sopra) dai terreni prevalentemente limosi (al di sotto) retta Wl =50% classifica i limi e le argille in bassa (sinistra) e alta (destra) plasticità

24 plasticità coefficiente di attività precisa l’attività di una argilla
Se si mette in rapporto il coeff. di attività con la quantità di argilla, si caratterizza l’espansività di una terra Ca<0.75 inattiva 0.75<ca<1.25 attività media 1.25<ca<2 attiva Ca>2 molto attiva

25 plasticità zona di ammissibilità per il pisè (manuale CRATerre)
zona di ammissibilità per l’adobe (manuale CRATerre)

26 prova di compattazione
Prova PROCTOR significativa per blocchi compressi e pisè La compattazione di una terra consiste nella riduzione dei vuoti intergranulari e l’aumento del numero dei punti di contatto fra le particelle solide in modo da aumentare la densità, diminuire la compressibilità, aumentare la resistenza al taglio, ridurre la permeabilità e quindi la tendenza ad assorbire acqua Se lo sforzo di compattazione è mantenuto costante la densità secca che si ottiene varia al variare del contenuto di acqua Per contenuti di acqua molto bassi, la densità sale rapidamente al crescere del contenuto di acqua, in quanto agisce da lubrificante e favorisce l’avvicinamento delle particelle. Successivamente la densità secca raggiunge un valore massimo (densità ottimale) dopodichè diminuisce, in quanto l’ulteriore aggiunta di acqua tende a separare le particelle solide e a ridurre i contatti intergranulari

27 prova di compattazione
Le curve mettono in relazione la densità secca e contenuto di acqua L’addensamento massimo è direttamente proporzionale alla distribuzione granulometrica del terreno mentre la ripidezza (e quindi l’influenza del contenuto di acqua) è legata alla prevalenza delle frazioni fini Aumentando lo sforzo di compattazione, la densità ottimale tende a crescere in seguito alla maggiore energia di compattazione mentre il corrispondente contenuto d’acqua diminuisce

28 prova di compattazione
Per una determinata composizione di terreno esiste un valore di densità secca massima e un corrispondente contenuto di acqua ottimale per ciascun livello di sforzo di compattazione applicato L’obiettivo della prova di compattazione è quello di ricercare per un dato terreno le condizioni ottimali di contenuto di acqua per le quali, ad un dato livello di sforzo di compattazione, corrisponde un addensamento massimo

29 prova di compattazione
zona di ammissibilità per il pisè (manuale CRATerre) zona di ammissibilità per l’adobe (manuale CRATerre)

30 coesivi (limi e argille) con entrambi i parametri
prova di taglio Dato un elemento di terreno sottoposto lungo un suo piano di possibile scorrimento ad una tensione normale costante ed ad una tensioe tangenziale crescente, la relazione tra la massima resistenza al taglio e la tensione normale viene espressa dalla dalla legge di Coulomb Criterio di rottura angolo di attrito coesione Si distinguono i terreni in granulari (sabbie e ghiaie) con valore pressochè nullo della coesione e valore elevato dell’angolo di attrito coesivi (limi e argille) con entrambi i parametri

31 prova di taglio si utilizza la scatola di taglio
lo scopo è la determinazione sperimentale dell’inviluppo di rottura e dei parametri corrispondenti

32 prova uniassiale di compressione
prove meccaniche prova uniassiale di compressione resistenza alla compressione modulo elastico duttilità cinematica campioni realizzati in laboratorio per taglio da elementi esistenti per carotatura (?) nelle costruzioni in terra la resistenza a compressione non sembra un problema fondamentale altre prove meccaniche difficile realizzazione non significative

33 prove in situ penetrometro tascabile sclerometro sclerometro a pendolo

34 penetrometro tascabile
resistenza a compressione e coesione la prova consiste nel poggiare il puntale al terreno da provare e premere progressivamente finché il puntale non sia penetrato fino alla tacca chiaramente visibile sul puntale stesso lo sforzo necessario per compiere questo lavoro viene registrato su di un dinamometro. il puntale da 10 mm fornisce un valore dal quale si può risalire alla coesione, mentre il puntale da 6,4 mm indica direttamente il carico specifico in kg/cm2 necessita di calibrazione indicata dal CRATerre come prova di accettazione

35 resistenza a compressione
sclerometro resistenza a compressione Il principio di funzionamento dello strumento è che una massa scagliata da una molla colpisce un pistone a contatto con la superficie ed il risultato della prova viene espresso in termini  di distanza di rimbalzo della massa la durezza d'urto dipende dalla resistenza del materiale alla superficie i limiti della tecnica sono legati alla strumentazione disponibile, calibrata per malte di cemento e, quindi, spesso inadatta per materiali caratterizzati da una minore resistenza

36 resistenza a compressione
sclerometro a pendolo resistenza a compressione Il principio della prova consiste nell’assorbimento di parte dell’energia potenziale della massa battente in deformazione plastica del materiale di prova; la rimanente aliquota di energia si traduce in un “rimbalzo” della massa I limiti della tecnica sono legati alla strumentazione disponibile, calibrata per malte di cemento e, quindi, spesso inadatta per materiali caratterizzati da una minore resistenza necessita calibrazione indicata dal CRATerre come prova di accettazione