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COS’È LA GEOTECNICA?
È una disciplina dell’ingegneria che studia, su basi fisico-matematiche, ilcomportamento di corpi, naturali o artificiali, costituiti da terreni o rocce,
soggetti ad azioni esterne o a modifiche delle condizioni al contorno
Si basa su teorie, metodi di calcolo e procedimenti sperimentali di
carattere generale, che si particolarizzano a seconda delle caratteristiche
dei terreni e delle rocce e in relazione alle varie applicazioni
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Interviene in tutte le fasi di realizzazione di un’opera:
Progettazione
Realizzazione
Collaudo
Studio del comportamento nel tempo dell’opera realizzata
COS’È LA GEOTECNICA?
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CARATTERISTICHE GENERALI DELLE TERRE
Costituzione delle terre
Proprietà caratteristiche di un singolo granulo
Rapporti tra le fasi costituenti una terra
Descrizione, identificazione e classificazione delle terre
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CARATTERISTICHE GENERALI DELLE TERRE
Costituzione delle terre
Proprietà caratteristiche di un singolo granulo
Rapporti tra le fasi costituenti una terra
Descrizione, identificazione e classificazione delle terre
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Sono prodotti della degradazione chimica e fisica delle rocce lapidee e
costituiscono la crosta più superficiale del globo
COSTITUZIONE DELLE TERRE
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COSTITUZIONE DELLE TERRE
Sono formate da granuli solidi cristallini, di forma, dimensione e
composizione mineralogica molto varia e talvolta da sostanza organica
L’insieme dei granuli prende il nome di
SCHELETRO SOLIDO
Nel suo stato naturale, una terra contiene negli spazi tra i granuli acqua,
aria o gas diversi, che nel loro insieme costituiscono i
FLUIDI INTERSTIZIALI
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COSTITUZIONE DELLE TERRE
In generale i granuli di una terra non sono tra loro legati o cementati
Talvolta possono esistere forze di adesione tra i granuli o agenti
cementanti che conferiscono all’insieme dei granuli qualche coesione
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COSTITUZIONE DELLE TERRE
Tali forze presentano le seguenti caratteristiche:
hanno un valore trascurabile se paragonate con le forze che legano gli
elementi cristallini in una roccia lapidea
si annullano totalmente quando un elemento di terra, isolato e non
sollecitato, viene posto a prolungato contatto con l’acqua
È proprio questo comportamento che si assume convenzionalmente come
elemento di suddivisione tra
ROCCE LAPIDEE e ROCCE SCIOLTE (TERRE)
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CARATTERISTICHE GENERALI DELLE TERRE
Costituzione delle terre
Proprietà caratteristiche di un singolo granulo
Rapporti tra le fasi costituenti una terra
Descrizione, identificazione e classificazione delle terre
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PROPRIETÀ DEL SINGOLO GRANULO
I granuli hanno dimensioni medie molto varie: da 103 a 10-6 mm
Sulle dimensioni dei granuli sono basate le nomenclature e le
classificazioni più comunemente usate
I granuli di maggiori dimensioni hanno generalmente forma più regolare e
più vicina a quella sferica rispetto ai granuli microscopici
La composizione dei granuli non è mai quantitativamente correlabile con il
comportamento meccanico delle terre ma, in alcuni casi, può influenzarlo
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I GRANULI interagiscono tra loro mediante:
AZIONI MECCANICHE AZIONI CHIMICHE
derivano dalle forze di massa e dalla
presenza dei fluidi interstiziali
la loro entità dipende dal volume dei
granuli
dovute all’attività superficiale delle
particelle
la loro entità dipende dalla composizione
mineralogica dei granuli e dall’estensione
della loro superficie
Le forze di superficie influenzano fortemente il comportamento delle terre a grana
fine, con granuli di dimensioni microscopiche ( ) e sono trascurabili nelle terre a
grana grossa
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I GRANULI si suddividono in:
GRANULI
INERTI GRANULI
ATTIVI
Privi di attività superficiale
Interagiscono tra loro e con i fluidiinterstiziali solo per effetto delle
forze di massaAttività superficiale molto intensa
Interagiscono tra loro e con i fluidi
interstiziali per effetto non solo delle
forze di massa ma anche di quelle di
superficie
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DIMENSIONE
qualche millimetro tra qualche millimetro e
la decina di micron
sono costituiti da frammenti
di ROCCE (granuli delle ghiaie
e delle sabbie grosse)
sono costituiti da MINERALI o da frammenti
di minerali, tra questi predominano i
minerali più stabili e resistenti
GRANULI INERTI
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FORMA
GRANULI INERTI
Dipende dalla costituzione e dalle vicissitudini subite dai granuli durante il
trasporto e la deposizione
A parità di ogni altra condizione, i granuli possono avere:
FORMA IRREGOLARE
con spigoli vivi e superfici
scabre
FORME TONDEGGIANTI
con spigoli smussati e
superfici lisce
granuli di rocce o minerali
resistenti e stabili
granuli formati da rocce o minerali a
bassa resistenza o alterabili
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GRANULI ATTIVI
Hanno dimensioni massime dell’ordine di qualche micron (d
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GRANULI ATTIVI
CARATTERISTICHE
Attività superficiale
Capacità di adsorbire ioni o molecole di liquidi polari
Proprietà di variare di volume al variare del contenuto d’acqua
Queste proprietà dipendono dalla particolare struttura reticolare che li
caratterizzano
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Le unità fondamentali della struttura dei minerali argillosi sono TEDRAEDRIe OTTAEDRI collegati tra loro a formare maglie piane
Le maglie sono a loro volta collegate, in direzione normale al loro piano,
sia direttamente sia indirettamente cioè attraverso altri ioni
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
UNITÀ TETRAEDRICA
Il silicio si trova al centro del tetraedro ed è
collegato con 4 ioni ossigeno posti ai suoi vertici
I tetraedri sono collegati fra loro attraverso gli ioni ossigeno, in modo da
formare un reticolo piano a maglia esagonale
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
UNITÀ OTTAEDRICA
Costituita da uno ione alluminio
(o magnesio) e da 6 ioni ossigeno (o
ossidrili)
Il reticolo che viene a formarsi è costituito da 2 piani di ioni ossigeno che
contengono 1 piano di ioni alluminio
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
I diversi tipi di minerali argillosi nascono dalla combinazione delle unità
tetraedriche e ottaedriche in PACCHETTI ELEMENTARI e dalla
combinazione di più pacchetti elementari si forma il GRANULO
Le unità di base sono tra loro collegate mediante
legami forti di tipo ionico
I pacchetti elementari sono invece tra loro collegati mediante
legami ionici più deboli o legami ad idrogeno
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Lo SPESSORE dei granuli dipende dalle forze di attrazione che esercitano
tra loro i pacchetti elementari
Sono molto basse, per il fatto che i minerali
argillosi tendono a sviluppare
preferenzialmente reticoli piani
I granuli hanno generalmente
forma appiattita
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CARICA ELETTRICA DEI GRANULI
Sebbene un granulo argilloso può essere considerato
approssimativamente neutro, la disposizione geometrica dei vari ioni che
compongono i pacchetti conferisce una forte carica negativa alla sua
superficie
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CARICA ELETTRICA DEI GRANULI
I piani reticolari sono costituiti da ioni ossigeno e ossidrili, mentre gli ioni
metallici (Si o Al), carichi positivamente, occupano posizioni interne
Le cariche elettriche presenti sulla superficie conferiscono ai granuli la
capacità di interagire tra loro, con l’acqua interstiziale e con ioni in essa
disciolti
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CARICA ELETTRICA DEI GRANULI
I granuli argillosi nei terreni sono sempre idratati, cioè circondati da uno o
più strati di molecole di acqua detta ACQUA ADSORBITA
Queste molecole di acqua devono essere considerate come facenti parte
della struttura dei granuli, e non come molecole di acqua libera
Non tutta la carica negativa disponibile alla superficie del granulo viene
saturata mediante molecole di acqua, parte può essere neutralizzata da
cationi di sali disciolti nell’acqua interstiziale
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INTERAZIONE TRA GRANULI ARGILLOSI
Il processo di interazione tra i granuli argillosi avviene prevalentemente
attraverso gli strati di acqua adsorbita e di ioni diffusi o anche attraverso
contatto diretto
Le singole particelle, per effetto della carica negativa esistente sulla loro
superficie, esercitano una reciproca azione repulsiva che decresce
all’aumentare della distanza mutua dei granuli e della concentrazione
elettrolitica
La tendenza al rigonfiamento (aumento di volume) di alcuni minerali
argillosi, quali la MONTMORILLONITE e l’ILLITE, quando posti a contatto
con l’acqua è la manifestazione apparente delle forze di repulsione
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STRUTTURA DELLE TERRE
La disposizione geometrica dei granuli costituisce la struttura della
terra e ne influenza notevolmente il comportamento meccanico
Deriva dall’interazione tra i granuli e l’ambiente circostante, attraverso
fenomeni naturali di carattere meccanico e chimico che accompagnano
o seguono la formazione della terra stessa
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In una terra costituita da GRANULI INERTI lo stato di
addensamento delle particelle rappresenta la principale proprietà della
struttura
Distribuzione ideale delle dimensioni dei
granuli per un forte stato di addensamento
DIPENDE
Forma dei granuli Distribuzione dei loro diametri
STRUTTURA DELLE TERRE
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Se ci si riferisce a particelle sferiche di ugual diametro si possono
ottenere diversi stati di addensamento semplicemente variano la loro
disposizione geometrica
STRUTTURA DELLE TERRE
DISPOSIZIONE CUBICA DISPOSIZIONE ESAGONALE
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Nelle terre argillose costituite da granuli attivi di dimensionimicroscopiche si distingue
MICROSTRUTTURA MACROSTRUTTURA
Dipende dall’assetto e
dall’interazione chimica e fisica
dei granuli
Individua l’esistenza di unità
macroscopiche, separate daricorrenti discontinuità,
eterogeneità, inclusioni
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Nella formazione della microstrutture di un’argilla, l’aggregazione deigranuli dipende non tanto dalle dimensioni, ma soprattutto dalle
mutue azioni di natura chimica e quindi dalle caratteristiche
dell’ambiente
Durante la deposizione, i granuli argillosi si scambiano delle azioni
repulsive la cui entità dipende dalla quantità di carica negativa diffusa
sulla superficie ed in vicinanza della superficie
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Forti azioni repulsive determinano la formazione di
una STRUTTURA DISPERSA
Tipica di argille che si formano in acqua dolce
Azioni repulsive ridotte determinano la formazione di una
STRUTTURA FLOCCULATA
Tipica di argille che si formano in ambienti con elevata
concentrazione salina
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STRUTTURA DEI MINERALI ARGILLOSI
Se i granuli sono costituiti da minerali molto attivi le azioni repulsive
sono elevate e le particelle tendono a disporsi affacciate dando luogo
ad una STRUTTURA ORIENTATA
Al diminuire dell’attività l’isorientamento dei granuli argillosi si riduce e
le strutture che si formano sono SEMI-ORIENTATE
o semplicemente DISPERSA
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