Determinazione di i limiti d’Atterberg
Descriveremu e prove di determinazione di u limitu di scorrimentu, di u limitu di plasticità è di u limitu di ritrazione, chì sò e più impurtante in meccanica di i terreni. Tutte ste prove si facenu nant’à campioni disturbati di terra coesiva.
Prova di determinazione di u limite di liquidità
Per sta prova si piglia circa 200 di terra in statu naturalmente umitu, senza grani di diametru superiore à 0,5 mm, chì puderianu alterà a precisione di i risultati di a prova. U campione ùn si deve asciucà in stufa, ma si mette subitu in una tazza di porcellana cù acqua distillata, induve deve stà parechje ore sin’à esse ben imbibitu. Per una terra argillosa cù indice di plasticità IP < 20, l’imbibizione dura circa 4 ora, per l’argilla IP > 20 à 18 ore. Dopu, u campione imbibitu si sparghje nantu à una piastra di vetru è, cù un cultellu di laboratoriu, si mescia bè per ottene una pasta densa di cumpusizione uniforme. S’elli si rimarcanu particelle più grande di 0,5 mm, quelle sò cacciate durante u mischju.
U campione cusì preparatu si versa in a scodella di ottone di l’apparechju di Casagrande per a determinazione di u limitu di fluenza (fig. 1), chì in i nostri laboratorii hè chjamatu scutulatore di Casagrande.
Fig. 1. Apparechju di Cassagrande per a determinazione di a limitazione di scorrimentu
L’apparechju si compone d’una scudelluccia di ottone, chì per mezu d’un cunnessu particulare s’inserisce in l’apparechju, d’un supportu elasticu in gomma dura, cù un eccentricu in a parte suprana è una manetta per girà, per quale l’eccentricu si alza à l’altezza di 1 cm, per ciò chì a scudelluccia casca è colpisce u supportu (fig. 1a). E dimensioni di l’apparechju sò normalizate. In più ci hè ancu un cultellu profilatu di dimensioni precisamente determinate (fig. 1b).
U campione impastatu in a tazzetta di ottone si livella cù un cultellu in modu chì a superficia di u campione sia cumpletamente piana, è chì u campione copra un pocu più di a metà di a parte anteriore di a tazzetta, cù una altezza sopra à u puntu più bassu di u fondu di a tazzetta di circa 12 mm. Dopu si mette a tazzetta in l’apparechju è cù u cultellu profilatu si taglia una scanalatura in mezzu in modu ch’ella sia cumpletamente diritta è chì si vedi u fondu di ottone di a tazzetta, ciò chì si ottene tirendu cun cura u cultellu perpendiculare à u fondu di a tazzetta. A lunghezza di a scanalatura deve esse d’circa 40 mm. Subitu dopu si gira a manivella di l’apparechju à a velocità di 2 giri à u secondu, mentre si contanu i colpi di a tazzetta contr’à a basa è si osserva a scanalatura, chì, per via di i colpi di a tazzetta contr’à a basa, si stringhje, perchè e parte tagliate di u campione si movenu è tendenu à unisce si. A girata di a manivella dura sin’à chì a scanalatura si chjude nantu à una lunghezza di 10 mm. Quandu quessa hè ottenuta, si ferma di girà più a manivella, è tandu subitu dopu, cù u cultellu, si piglia un campione in quantità d’circa 2 cm3 da a parte intornu à a scanalatura chjusa da i dui lati, si mette in vetru d’orologiu è si determina l’umidità di u terrenu.
Sta prova si ripete 3-4 volte in u listessu modu, ma ogni volta cù un’umidità differente, ciò chì si ottene s’ellu si mischja prima u campione cù una quantità più chjuca d’acqua, poi si aghjusta l’acqua per e altre prove. Dopu à ogni prova compia, u campione si versa nant’à una lastra di vetru, induve si mette un pocu d’acqua è si mischia bè, per ottene una massa uniforme, ogni volta un pocu più liquida, di cunsistenza pastosa.
Per fà a prova, a pasta preparata ùn deve esse nè troppu densa nè troppu liquida, perchè stati di cunsistenza di u terrenu troppu luntani da u limitu di fluenza ùn danu micca a precisione necessaria per sta prova. Di regula si adotta chì, s’ellu u numeru di colpi hè più chjucu di 10 o più grande di 50, a prova hè fallita, ma si cunsidereghja chì a precisione di a prova hè megliu s’è l’intervalu trà sti limiti hè di 10-40 colpi.
Si rimarca chì, secondu una prucedura, ogni volta, appena finita a rotazione di a maniglia finu à l’unione di a scanalatura nant’à una lunghezza di 1 cm, u campione in a tazzina di ottone hè subitu mischjatu cù u cultellu è a superficia di u campione in a tazzina hè torna appianata, si taglia una nova scanalatura, poi si gira a maniglia di l’apparechju. Sta prucedura si ripete sin’à ottene trè volte di fila u listessu numeru di colpi à l’unione di a scanalatura nant’à una lunghezza di 1 cm, numeru chì hè aduttatu per a prucedura seguente di determinazione di u limitu di fluenza. I risultati di a prova sò ripresantati nant’à un diagramma cù divisione semilogaritmica (fig. 2). Nant’à l’assu di l’ascisse si mette u numeru di colpi in divisione logaritmica è nant’à l’assu di l’ordinate a quantità d’acqua in percentuale di u pesu seccu di u campione in divisione aritmetica. Siccomu in ogni prova a quantità d’acqua w hè diversa, utteneremu i punti A, B, C è D, chì currispondenu à numeri di colpi diversi, induve u numeru di colpi hè più chjucu quandu a quantità d’acqua hè più grande è viceversa. Unendu sti punti si ottene una linea diritta obliqua, nant’à a quale circhemu u puntu M per 25 colpi. A quantità d’acqua chì currisponde à stu puntu hè aduttata cum’è limitu di fluenza wL.
Fig. 2. Determinazione di u limitu di flussu
Determinazione di u limitu di plasticità
U campione di terrenu preparatu in a manera discritta quì sopra, ma cù menu acqua, di manera chì sia una massa plastica pressappocu in statu tenace-plasticu, si mette in una pallina d’circa 2-3 cm3, poi si stende cù a palma nantu à una basa di carta nurmale o assurbente in un filu di 3 mm di spessore. S’è u campione pò esse stesu sin’à quessu spessore senza rompe si, tandu hè torna racoltu in pallina è stesu di listessa manera. Stu prucessu si ripete sin’à chì u filu, à un spessore di 3 mm, cummencia à rompe si. Allora i fili rotti sò messi in vetri d’orologiu è si determina a quantità d’acqua. Sta quantità d’acqua, espressa in percentuale di u pesu seccu di u campione, currisponde à u limitu di plasticità wP.
Determinazione di u limitu di ritrazione
Fig. 3. Determinazione di a fruntiera di ritirata
U campione di terrenu hè mischjatu cù acqua distillata in u modu discrittu sottu Prova di determinazione di u limite di liquidità, in modu chì a so consistenza sia apprussimatamente à u limite di liquidità, quandu tutti i pori sò saturati d’acqua. Poi si face una pallotta chì si lascia asciucà prima à l’aria, dopu in l’armadiu d’asciugatura à 105°C. Sta sequenza d’asciugatura hè necessaria per evità fessure in u campione asciuttu, chì pudarianu turbà a prova. Subitu à l’iniziu si pesa W1 di u campione è si determina u so vulume V1 cù a prova d’immersione in mercuriu, dopu s’asciuga ulteriormente à l’aria, è poi in l’armadiu d’asciugatura, cun presa periodica di campione, raffreddamentu in dessicatore è misurazione di u so pesu W2, W3, W4 ecc. è di u so vulume V2, V3, V4 ecc. In stu modu si stabilisce chì, à un certu statu d’umidità, u vulume di u campione cessa di calà benchì u so pesu cuntinui à diminuì per via di l’asciugatura. S’è u campione in u so statu iniziale hè saturatu d’acqua, vale à dì ùn cuntene aria in i pori, a perdita d’acqua per asciugatura finu à u limite di ritrattamentu currisponde apprussimatamente à a diminuzione di vulume di u campione. Dopu, l’asciugatura cuntinua senza misurà u vulume, sin’à chì u campione sia cumpletamente asciuttu, vale à dì sin’à a custanza di pesu. Allora si determina a quantità d’acqua in percentuale di u pesu seccu di u campione per ogni misurazione di vulume è di pesu di u campione, è i risultati di a prova sò riportati nantu à u diagramma (fig. 3). In stu modu si ottènenu i punti A, B, C, D è E, chì sò culligati, cusì chì di regula si ottene una linea cù una rottura netta in a zona di u limite di ritrattamentu. In u puntu di rottura S si ottene l’umidità w chì currisponde à u limite di ritrattamentu _W_S.
Determinazione di a capillarità
L’esperimentu per determinà l’altezza di a risalita capillare di l’acqua si face in dui modi, vale à dì per misurazione diretta di l’altezza di a risalita capillare di l’acqua è per misurazione indiretta cù un capillarimetru.
Esperimentu di determinazione di l’altezza capillare per misurazione diretta
Da u campione disturbatu si piglia circa 300 pondi di terrenu, chì si secca à 105°C, poi, dopu à u rinfrescamentu, si riduce in una polvera assai fina, senza schiaccià i granelli. A polvera ottenuta si versa in un tubu di vetru di diametru ø 25 mm, di lunghezza 1,5 - 2,5 m, apertu à i dui capi, u capu inferiore di u quale hè chjosu prima cù cuttuni di vetru o cù un pezzu di tela. In l’apertura superiore si versa a polvera disseccata à l’altezza di circa 10 cm, poi alzemu u tubu è u lasciemu cascà cù un colpu annantu à un pavimentu di legnu o à un altru sustegnu elasticu sin’à quandu si vede u sussultu di a polvera in u tubu. U cuntrollu di u sussultu di a polvera u femu marcendu linee cù gessu grassu nant’à u tubu. Dopu versamu altri 10 cm di polvera è ripetemu a listessa prucedura sin’à ch’è no riempimu u tubu cù a polvera asciutta cumpattata di u campione di terrenu, a so capillarità chì esaminemu. Dopu immersimu u fondu di u tubu in un recipienti di vetru cù acqua distillata senza flussu, cusì chì u capu inferiore di u tubu ùn deve micca appughjà si nant’à u fondu di u recipienti (fig. 4). Fissimu u tubu di vetru à una reglia di scala cù una tavuletta, cusì chì sia u tubu sia a scala sianu verticali. Dopu osservemu a salita di l’acqua in u tubu, chì si ricunnosce chjaramente per u culore: u campione asciuttu hè di culore chjaru, quellu umidu scuru. A distanza trà u livellu di l’acqua in u recipienti è u margine supranu di u campione umidu raprisenta l’altezza di a salita capillare hk.
Fig. 4. Determinazione di l’altezza di a risalita capillare di l’acqua per misurazione diretta
L’osservazione si face di regula dopu à 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ecc. ore. I risultati di l’osservazione si riportanu nant’à un diagramma, e so ascisse rapresentendu u tempu in ore, è l’ordinate l’altezze di a risalita capillare di l’acqua in mm (fig. 5).
In u materiale sabbiosu, a salita capillare hè inizialmente rapida, poi più lenta, è l’altezza finale di salita hè righjunta prestu. In u materiale argillosu, a salita capillare hè à l’iniziu più lenta, ma hè più longa è righjunghje una altezza assai più grande.
Stu modu di determinà l’altezza capillare hè longu, soprattuttu per u tarrenu argillosu. In più, l’altezza di a risalita capillare dipende da a temperatura di l’aria è ancu da a so umidità, per quessa hè necessariu chì sti fattori sianu mantinuti, per quantu pussibule, custanti.
Fig. 5. Diagramma di a risalita capillare di l’acqua in u terrenu, a-sabbia; b-polvere; c-terrenu argillosu
Saggio di determinazione di l’altezza capillare cù u capillaretru
Esistenu parechji capillarimetri di diverse custruzzioni, cum’è i capillarimetri di Beskow, Jürgenson è Engelhardt. Quì discriveremu u principiu di funziunamentu cù u capillarimetru di Beskow, chì hè u più applicatu.
Sta prova si face nant’à campioni micca disturbati o disturbati. S’è u campione hè disturbatu, tandu hè introduttu in l’apparechju in statu à u limitu di scurrenza.
Fig. 6. Capillarimetru Beskow
U capilarimetru di Beskow si compone di dui recipienti (fig. 6), riuniti in e parte inferiori trà di elli per mezu d’un tubu di gomma armata. In u recipiente 1 si mette u campione di terrenu nantu à u fondu filtrante, mentre ch’è sottu à ellu si trova un recipiente riempitu in parte d’acqua distillata, in parte di mercuriu, chì si trova in a parte bassa in modu da riempie ancu tuttu u tubu di gomma è a parte bassa di u recipiente 2. À l’iniziu di a prova u nivellu di u mercuriu in i dui recipienti hè listessu. Dopu u recipiente 2 hè calatu in ghjò, ciò chì crea sottu à u fondu filtrante di u recipiente 1 una sottupressione. Quandu sta sottupressione diventa più grande di e forze capillari in u campione, l’aria penetra attraversu u campione finu à u fondu filtrante è u nivellu di u mercuriu in i dui recipienti si equalizeghja subitu dopu per via di l’abbassamentu di u recipiente 2. A differenza Hg trà i livelli di mercuriu in unu è in l’altru recipiente à u mumentu di l’ugualizazione di a sottupressione è di e forze capillari, vale à dì ghjustu nanzu ch’è l’aria cuminciessi à penetrà attraversu u campione, ricummutata in altezza di culonna d’acqua è aumentata di l’altezza di a culonna d’acqua h sottu à u campione, dà l’altezza capillare hk. Siccome u mercuriu hè 13,6 volte più pesante chè l’acqua, allora l’altezza di a risalita capillare hk hè:
hk = 13,6 Hg + h
Determinazione di a permeabilità di u terrenu
A prova di laburatoriu per determinà a permeabilità di u terrenu si face cù apparecchi particulari chjamati permeametri. Ci sò diverse custruzzioni di permeametri, chì peró ponu esse spartute in dui gruppi: permeametri à pressione d’acqua custante, per i terreni à granu più grossu, è permeametri à pressione d’acqua calante per i terreni à granu fine. In i dui casi, a prova si face cù campioni indisturbati.
Cù una prova di laboratoriu si determina u coefficiente di permeabilità di u terrenu, chì u so valore hè espressu à una temperatura data, per via di a diversa viscosità di l’acqua à diverse temperature, ciò chì influisce nant’à u valore di u coefficiente di permeabilità k. Di solitu si esprime u coefficiente k à a temperatura t =10°C. Dunque, s’è 10°C, a temperatura di l’acqua à a determinazione di u coefficiente k era T diversa da t = 10°C tandu u so valore si ricumputa secondu a formula:
k10oC = ηt /η10oC * kT
induve ηt è η10oC sò a viscosità di l’acqua à a temperatura di travagliu T, vale à dì à a temperatura aduttata t =10°C.
kT valore ottenutu di u coefficiente di permeabilità di u tarrenu à a temperatura di travagliu T.
I valori di a viscosità per e sfarente temperature T sò dati in a tavula 1.
Pruva cù pressione d’acqua custante
Fig. 7. Permeameter cù pressione d’acqua custante
Per sta prova si piglia un campione di terrenu micca disturbatu in un cilindru metallicu di diametru D, d’altezza h, cù u bordu inferiore appiattitu, per pressatura in u terrenu o in un campione più grande micca disturbatu. Dopu chì e superfici superiore è inferiore di u campione sò state livellate cù i bordi di u cilindru, u campione in u cilindru hè messu in l’apparechju (fig. 7) trà u filtru supranu è quellu inferiore. U filtru inferiore hè custituitu da un setu finu è da una petra filtrante, per permette u passaghju di l’acqua à traversu u campione è impedisce u lavamentu di e particelle di terrenu. U filtru supranu hè senza setu postu chì ci hè una minore pussibilità di lavamentu di e particelle. L’alimentazione d’acqua in u campione vene da u nivellu N, chì hè mantenutu custante per mezu d’un troppu pienu, di modu chì a pressione idrostatica H sia custante. Sottu à sta pressione l’acqua passa à traversu u campione di spessore h è, per mezu d’un tubu cunnessu à a parte suprana di l’apparechju, ghjunghje in a ménsura di vetru M induve gocciuleghja.
Appena chì u flussu d’acqua attraversu u campione in a buretta principia, mettimu in funziunamentu u cronometru è osservemu a quantità d’acqua q chì ghjunghje in a buretta durante t. Sicondu a lege di Darcy hè
q = k*A*t*i
induve k hè u coefficiente di permeabilità in cm/sec, A a superficia di a sezzione di u campione, i a caduta idraulica, i = H/h.
Da l’equazione sopra avemu k= qh/Ath [cm/sec].
A quantità d’acqua chì passa per u campione a leghjemu in intervalli di tempu individuali da u principiu sin’à a fine di l’osservazione, cusì chì avemu sia e quantità individuali sia a quantità tutale d’acqua passata per u campione.
Per escludere e bolle d’aria in u campione è in l’acqua, chì ponu cunduce à risultati sbagliati di a prova, hè necessariu chì nanzu à a prova u campione sia in statu saturatu, è chì per fà a prova si usi acqua bollita o almenu acqua stata.
Invece di l’apparechju discrittu sopra, basatu annantu à a pressione idrostatica per via di a differenza di u livellu di l’acqua H, esistenu ancu apparechji in i quali a pressione idrostatica hè prodotta da una pressione d’aria da 10 à 15 kp/cm2, mantenuta custante cù l’aiutu d’un cumpressore.