Analisi granulometrica per setacciatura dei terreni e Norme di riferimento

Introduzione

Per studiare un terreno costituito da grani di differenti dimensioni generalmente viene seguito un linguaggio comprensibile e univoco a tecnici e liberi professionisti: le norme (D.I.N.; A.S.T.M., U.N.I. ECC). In genere, le terre vengono classificate in quattro grandi gruppi in base alle dimensioni delle particelle che le compongono: ghiaie, sabbie, limi e argille.

Obiettivi dell’analisi granulometrica

Lo scopo dell’analisi granulometrica è quello di:
– raggruppare in diverse classi di grandezza le particelle costitutive del terreno;
– determinare le percentuali in peso di ciascuna classe granulometrica

Procedura per effettuare l’analisi granulometrica

La procedura per effettuare l’analisi granulometrica prevede la preparazione del campione per via secca (per particelle di dimensioni superiori a 0.075mm) o umida (analisi per sedimentazione mediante densimetro, per particelle di dimensioni inferiori a 0.075mm o 0.063mm); Fig.1.

Figura 1 – Procedura per effettuare l’analisi granulometrica

Nel primo caso, si considera un campione rappresentativo del terreno essiccandolo e disgregando a secco l’insieme di particelle. Il campione viene fatto passare per una serie di setacci con maglia di apertura via via decrescente che vengono disposti l’uno sull’altro e vengono fatti vibrare in modo da separare le varie frazioni granulometriche. A quel punto si pesa la porzione di terreno trattenuta da ciascun setaccio e successivamente, conoscendo il peso iniziale del campione, si determina la percentuale di materiale che passa per un setaccio con un certo diametro. Con questi dati è possibile ricostruire la curva granulometrica del terreno (Fig.2).

Figura 2 – Esempio di Curva granulometrica relativa alle frazioni sabbia e ghiaia (setacciatura). Sull’asse delle ascisse sono riportati i diametri delle particelle (in scala logaritmica) mentre su quella delle ordinate sono riportate le percentuali di passante.

I setacci utilizzati in genere sono quelle delle norme ASTM (D422) che vanno da un massimo di 75mm di apertura delle maglie fino a 0.075mm (Fig.3).

Figura 3 – Setacci ASTM. Ogni setaccio al suo interno è costituito da maglie formate da fili di acciaio più o meno fittamente incrociati in modo da realizzare aperture quadrate di determinate dimensioni

La setacciatura a secco viene preceduta dal lavaggio del materiale.
La porzione di prova viene messa in un recipiente e si aggiunge acqua fino a coprirlo; l’immersione per 24 h facilita lo scioglimento dei grumi.
Viene poi agitato vigorosamente e versato sopra due setacci inumiditi: il primo serve da protezione e ha maglie di 1 o 2 mm, il secondo ha maglie di 0,063 mm.
Si prosegue con il lavaggio finché le acque, passanti attraverso il secondo staccio, non risultano limpide.
Il campione umido viene messo in forno ad una temperatura di 110° C per 24 h, in tal modo viene eliminata tutta l’acqua presente nel terreno.
Successivamente il campione secco viene pesato e la massa registrata come M1.

La percentuale di particelle fini (f) che passano attraverso il setaccio di 0,063 mm viene calcolata secondo la seguente espressione:

I valori ottenuti vengono presentati sotto forma di curve in un piano avente sull’asse delle ascisse (in scala logaritmica) i diametri delle particelle ed in ordinata la percentuale di passante (Fig.2; Fig.5).

Figura 5 – Curva granulometrica e lettura delle percentuali delle classi granulometriche

Nomenclatura

La nomenclatura di un terreno viene assegnato nel seguente modo:

posto F1>F2>F3>F4

F1= frazione prevalente	“F1”
25%<F2<50%	“con F2”
10%<F3<25%	“F3-osa”
5%<F4<10%	“debolmente F4 -osa”

Esempio:

Quali sono le norme di riferimento?

Tra le norme di riferimento vi sono:
AASHTO T27, T88
ASTM D421-85, D422-63, D1140-71, D 22175-85
BS 1377: Part2 1990
UNI 2334, 8520 – Parte5a
CNR Anno Vn.23-19721

Queste si differenziano per:
– metodologie di preparazione dei campioni da analizzare;
– caratteristiche dei setacci e apertura delle maglie (es. Serie Tyler);
– dimensioni massime e minime dei quattro gruppi granulometrici principali (Fig.6).

Figura 6 – Limiti di separazione tra classi granulometriche secondo differenti Normative.

Perché sono importanti queste prove?

Le analisi granulometriche insieme alle prove di permeabilità risultano essere utili per lo studio di problemi di filtrazione. Inoltre, le sole analisi granulometriche si rivelano utili nel caso di studi di liquefazione del terreno. Infatti, facendo riferimento alle NTC2018 (7.11.3.4.2) è necessario effettuare la verifica alla suscettibilità di liquefazione dei terreni del sito oggetto di studio (Fig.7).

Figura 7 – Fusi granulometrici e curva granulometrica calcolati con il software Liquiter.

Conclusioni

L’analisi granulometrica consente di effettuare valutazioni quantitative del campione analizzato in termini di dimensioni granulometiche. Per ottenere invece informazioni relative alle caratteristiche dei materiali fini e del comportamento fisico-meccanico degli stessi invece si tiene conto dei limiti di Atterberg.

Bibliografia e ringraziamenti

ASTM (1972) -Test designation D422. Standard Method for Particle size Analysis of Soils. ASTM Philadelphia, USA

BS 1377: Part2 (1990) – Classification tests. British Standards Institution, London

CNR Anno V n.23 (1971) – Analisi granulometrica di una terra mediante Crivelli e Setacci

Si ringrazia il laboratorio di prove geotecniche I.P.G. di Castrolibero (CS) per la disponibilità fornitaci al fine di realizzare e comprendere in campo pratico le analisi di cui sopra ed in particolare M.Valenza per le preziose spiegazioni in merito alle Norme riportate nel testo.