Oggi Savo Kusić si concentra su finestre in legno, finestre in legno-alluminio, finestre su misura, porte e richieste di preventivo. Questo testo resta un archivio tecnico e non costituisce un’offerta per la progettazione geotecnica, prove di laboratorio o lavori di sterro.
Fasi dei materiali nel suolo
Il suolo è costituito da tre fasi: solida, liquida e gassosa. La fase solida è rappresentata da particelle solide, acqua liquida e la fase gassosa da aria chiusa o vapore acqueo nei pori del terreno.
Alcuni tipi di terreno possono essere costituiti da una, due o tre fasi, il che significa che la composizione del terreno può essere un sistema monofase, bifase o trifase. Le proprietà fisiche del suolo dipendono dalle singole fasi.
Il terreno incoerente, come sabbia o ghiaia completamente asciutta, è costituito da una sola fase: particelle solide. L’aria che esiste nei pori di quel terreno non è chiusa e non si oppone al movimento delle particelle solide, quindi non può essere considerata una fase.
Il terreno umido e coerente al di sopra del livello della falda freatica, costituito da particelle solide e pori chiusi, riempiti in parte con acqua e in parte con aria o vapore acqueo, è il terreno del sistema trifase. Nel caso dei solidi in movimento, l’acqua e l’aria nei pori del terreno si oppongono contemporaneamente.
Il terreno al di sotto del livello della falda freatica, i cui pori sono completamente riempiti d’acqua, in modo che non vi sia aria o vapore acqueo al loro interno, è un sistema a due fasi. Si presuppone che il terreno negli strati più profondi sia un sistema a due fasi, perché l’aria chiusa nei pori del terreno a profondità maggiori non ha un effetto significativo sulle sue proprietà fisiche, che in quel caso sono determinate dalle proprietà delle fasi solida e liquida.
Composizione granulometrica
Gli ingredienti solidi del terreno sono materia minerale o organica di diverse dimensioni, che vanno da grandi ciottoli e blocchi, delle dimensioni di centinaia e migliaia di millimetri fino alle dimensioni di una molecola. Come sapete, una molecola è un milionesimo di millimetro, un millimicron. La dimensione più piccola dei solidi del suolo è considerata 20 mo micron.
La dimensione delle particelle solide del terreno ha un’influenza molto grande sulle sue proprietà fisiche. Questa grossolanità è espressa dalla composizione granulometrica, che rappresenta il rapporto tra le dimensioni dei singoli grani in termini di parti in peso e il peso totale del terreno. La divisione del suolo in base alla sua composizione granulometrica è diversa nei diversi paesi. La nostra divisione è la seguente:
Limiti dimensionali delle particelle
Dimensione 2 mm – confine tra la composizione del terreno a grana grossa e a grana fine. Le particelle solide fino a 2mm mostrano la risalita capillare dell’acqua nel terreno. Il terreno a grana grossa non ha capillarità.
Dimensione 0,2 mm – confine tra sabbia a grana grossa (tagliente) e sabbia a grana fine (morbida).
Dimensione 0,02 mm - il limite fino al quale i singoli granelli nel terreno possono essere riconosciuti ad occhio nudo.
Dimensione 0,002 mm – confine tra terreno sciolto e argilla
Dimensione 0,0002 mm – confine tra argilla e argilla colloidale.
Gli ingredienti solidi di seguito 0,002 mm hanno una grande influenza sulle proprietà fisiche del terreno. Questi ingredienti danno coesione al terreno e, se sono più piccoli e abbondanti nel terreno, tanto più coeso sarà il terreno. Tuttavia, la coesione del suolo dipende anche dalla composizione minerale delle particelle solide inferiori a 0,002 mm. Se queste particelle si formano dalla decomposizione di minerali molto duri come il quarzo, allora la loro coesione è molto bassa o inesistente, e anche il loro assorbimento d’acqua è relativamente basso. Se le particelle sottostanti 0,002 mm sono state create dalla decomposizione di materiali argillosi, allora hanno proprietà leganti tanto più forti quanto più le particelle sono più piccole, mentre l’assorbimento di acqua di tali particelle è molto elevato.
La composizione granulometrica del terreno fornisce dati importanti e affidabili su alcune delle sue proprietà fisiche. Se nel terreno prevalgono particelle di argilla inferiori a 0,002 mm, allora si può già concludere che tale terreno è plastico, coerente, igroscopico, con elevata capillarità, bassa permeabilità e presenta un basso angolo di attrito interno.
La composizione granulometrica del terreno è rappresentata dalle linee della composizione granulometrica (fig. 1).
Fig. 1 - Linee di composizione granulometrica del terreno: 1-sabbia ghiaiosa; 2-sabbia polverosa; 3-polvere sabbiosa; 4-terreno-argilloso; 5-argilla
La linea delle ordinate della composizione granulometrica mostra la frazione in peso delle particelle solide più piccole del diametro rappresentato dall’ascissa del punto indicato. Ad esempio, nel punto A della linea 4 l’ordinata mostra che ci sono particelle 92% più piccole di 2 mm e che le rimanenti 8% sono più grandi di 2 mm.
Classificazione del terreno in base alla composizione granulometrica
I terreni contenenti particelle solide maggiori di 2 mm sono classificati secondo la divisione generale del terreno per composizione granulometrica, mostrata in fig. 1. Così facendo, si adotta come frazione base quella maggiormente rappresentata nel suolo, mentre le altre sono aggiuntive. Ad esempio, se la granulazione generale del terreno è prevalentemente sabbia con una minore quantità di ghiaia, tale terreno viene classificato come sabbia ghiaiosa, mentre il contrario sarebbe ghiaia sabbiosa. Nella classificazione possono essere indicate anche le quote delle singole frazioni nel suolo. Ad esempio, se un terreno contiene 15% argilla, 45% polvere, 30% sabbia e 10% ghiaia, può essere classificato come terreno argilloso con 15% argilla e 10% ghiaia.
Tuttavia, per i terreni a grana fine che contengono particelle solide inferiori a 2 mm, la classificazione in base alla loro composizione granulometrica viene solitamente effettuata secondo uno schema triangolare. Esistono diversi diagrammi di questo tipo, di cui elencheremo quello più elementare dell’U.S. Bureau of Soils, fig. 2.
Fig. 2 - Diagramma triangolare del Bureau of Soil degli Stati Uniti
Il diagramma è costituito da tre assi di coordinate piegati in un triangolo equilatero, in cui ciascun asse rappresenta una frazione, vale a dire sabbia, polvere e argilla in% in peso dell’intera massa del suolo. La superficie del diagramma è divisa in zone 10, ciascuna delle quali rappresenta un tipo di terreno separato. Ciascun lato del triangolo rappresenta un’ascissa da cui si sollevano le ordinate parallele alle altre due ascisse.
Ogni punto in questo diagramma ha coordinate 3 che rappresentano le percentuali della frazione 3 specificata in un dato terreno e determinano il tipo di terreno. Quindi, ad esempio, il punto M sul diagramma rappresenta l’argilla. Si ottiene in modo che dal diagramma della composizione granulometrica fig. 1 determinano le singole frazioni, che in questo caso sarebbero (linea 4 in Fig. 1): 35% argilla, 25% polvere, 40% sabbia, mentre la quantità di 8% ghiaia viene trascurata poiché ammonta a meno di 10%.
Questa classificazione si riferisce alle frazioni di sabbia, polvere e ghiaia secondo la divisione americana, ma è ancora adottata come tale per i valori comparativi e l’esperienza che ha con tale classificazione.
Grado di irregolarità del terreno
Secondo Allen Hazen, il grado di irregolarità del terreno è il rapporto (fig. 3)
U=d60/d10
dove d60 è il diametro del grano corrispondente all’ordinata 60% e d10 è il diametro del grano corrispondente all’ordinata 10%.
Per U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
per U = 5 – 15 il terreno ha una composizione moderatamente irregolare,
per U > 15 il terreno ha una composizione irregolare.
Quando la linea di composizione granulometrica è ripida, il valore del grado di irregolarità U è piccolo, mentre quello per una linea piana è grande. Il valore più piccolo per U è 1. Se la linea della composizione granulometrica è più piatta il valore di U è maggiore. Per la sabbia è più spesso U=1-15, per terreni argillosi U=10-90, ma per terreni con una composizione molto irregolare U può avere valori molto alti.
Fig. 3 - Determinazione del diametro del grano d60 e d10
Regola filtro
Questa regola si basa sulla composizione granulometrica del filtro, il cui compito è quello di ridurre il gradiente idraulico al contatto tra il terreno e lo strato drenante delle pietre della granulometria transitoria, al fine di impedire il lavaggio di piccole particelle di terreno da parte delle acque sotterranee. Le condizioni fondamentali che lo strato filtrante deve soddisfare sono che sia permeabile all’acqua e stabile.
Esistono diverse regole per la composizione del filtro, tra le quali solo la regola di Terzaghi verrà qui elencata come la più famosa.
Regola di Terzaghi
Terzaghi recita: La granulazione del filtro dovrebbe essere tale che i suoi grani nella quantità di 15% parti in peso dell’intera massa del filtro (F15) siano almeno 4 volte più grandi delle particelle più grandi del terreno su cui poggia il filtro (basi) nella quantità di 15% parti in peso della base (B15) senza essere più grandi di 4 volte B85, ovvero le dimensioni delle particelle più piccole a 85% parti in peso della base. Questa regola può essere espressa dalle relazioni:
F15/B15 > 4 e F15/B85 < 4.
Il primo rapporto garantisce la permeabilità all’acqua del filtro, mentre il secondo ne garantisce la stabilità.
Fig. 4 - Regola filtro Terzaghia
Le particelle più piccole e più grandi della base sono presentate in fig. 4 linee di confine 1 e 2. Le linee limite del filtro sono 3 e 4. La condizione F15 > 4_B15_ è rappresentata dal punto a sulla linea di confine 3, la condizione F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Si consiglia che la linea della composizione granulometrica del filtro sia approssimativamente parallela alla linea della composizione granulometrica della base.
Invece delle due linee estreme della composizione granulometrica della base come in fig. 4, può essere una linea di granulazione media. In tal caso, i punti B15 e B85 sono sulla stessa linea (come in Fig. 5).
Molto spesso, la differenza di granulazione tra la base e lo strato drenante è tale che una zona filtrante non è sufficiente per la transizione tra la base e lo strato. In questo caso il filtro è costituito da più zone filtranti, determinate secondo la stessa regola, fino al raggiungimento della granulometria massima del deposito di drenaggio.
Fig. 5 - Esempio di calcolo degli strati filtranti
Le divisioni, le dimensioni limite e le regole elencate sono trasferite da una fonte storica e non sostituiscono l’attuale classificazione geotecnica, un rapporto di laboratorio, una progettazione del filtro o un piano prestazionale. L’attuale suolo e il sistema di drenaggio richiedono un campionamento rappresentativo, analisi adeguate, il controllo delle acque sotterranee e superficiali, l’erosione e la stabilità interna, nonché una valutazione da parte di un esperto autorizzato secondo le normative vigenti e le condizioni del progetto specifico.