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1. ANALISI GRANULOMETRICHE......................................................................................2
1.1 INTRODUZIONE ......................................................................................................................2
1.2 TRATTAMENTO DEI CAMPIONI ...............................................................................................5
1.3 ANALISI DELLA FRAZIONE RUDITICA ......................................................................................6
1.4 ANALISI DELLA FRAZIONE ARENITICA ....................................................................................7
1.5 ANALISI DELLA FRAZIONE PELITICA .....................................................................................11
1.6 CURVE CUMULATIVE E CURVE DI FREQUENZA .....................................................................13
1.7 CURVA GRANULOMETRICA ..................................................................................................14
1.8 ANALISI GRANULOMETRICA..................................................................................................14
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1. ANALISI GRANULOMETRICHE
1.1 INTRODUZIONE
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In questo capitolo ci occuperemo di determinare la distribuzione delle dimensioni delle
particelle che compongono un dato terreno, della strumentazione necessaria, e della
rappresentazione grafica dell’analisi detta “granulometrica”.
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1.2 TRATTAMENTO DEI CAMPIONI
Un Laboratorio di sedimentologia, permette di realizzare il trattamento di preparazione
all’analisi granulometrica allo scopo di ricavare le giuste quantità per ogni tipo di
metodologia da applicare.
metodo di quartazione (procedura selettiva del materiale da trattare)
metodo dei coni si procede disponendo ogni singolo campione a forma di cono su di una
superficie piana, dividendolo in quattro settori e prelevandone i due opposti, finché non si
ottiene il peso necessario.
Al fine di eliminare la frazione organica contenuta in ogni campione, il materiale così
quartato viene disperso in acqua distillata allo scopo di ottenere un primo lavaggio
completo e successivamente sottoposto all’azione di un agitatore meccanico.
Questa fase viene effettuata attraverso una centrifugazione alla velocità di 44 giri/minuto,
per circa quindici minuti, al fine di eliminare tutta l’acqua in esso contenuta.
Il trattamento viene ripetuto fino a quando la prova dei cloruri presenta un risultato
negativo. Ciò si ottiene prelevando una piccola quantità d’acqua proveniente dalla
centrifugazione del campione addizionata ad alcune gocce di nitrato di argento; se il
composto non mostra la formazione di un precipitato biancastro di cloruro di argento il
campione può essere considerato totalmente desalinizzato. La fase di eliminazione
completa dei cloruri è determinante al fine di evitare, durante l’applicazione delle rispettive
analisi granulometriche, la formazione di aggregati nella frazione sabbiosa e la formazione
di flocculi nella frazione fine.
Successivamente, ogni campione così trattato viene asciugato in stufa alla temperatura di
circa 120° C.
Allo scopo di separare la frazione ARENITICA (> 62,5 µ) da quella PELITICA (< 62,5 m),
ogni singolo campione viene sottoposto ad un secondo lavaggio attraverso un apposito
setaccio dotato di una maglia da 62,5 µ (ossia 1/16 mm).
A questo punto per ogni campione (opportunamente asciugato nuovamente in stufa a 120°
C) possono essere ottenute tre porzioni, da destinare ad altrettante differenti metodologie
di analisi granulometrica:
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a) la frazione ruditica (> di 4 mm) viene analizzata mediante il metodo del CALIBRO;
a) la frazione arenitica (4 mm < 1/16 mm) viene analizzata mediante
SETACCIAMENTO;
a) la frazione pelitica (<1/16 mm) viene analizzata tramite il metodo della DENSIMETRIA.
1.3 ANALISI DELLA FRAZIONE RUDITICA
Essa viene effettuata attraverso l’applicazione di una metodologia diretta definita
Metodo del Calibro
Si utilizza un normale calibro con scala millimetrata e si definisce la misura (in mm) del
diametro medio di ogni singolo componente della frazione ruditica, opportunamente
rappresentata da un sufficiente numero di campioni ciottolosi.
Per ogni singolo ciottolo viene dunque definito il peso (in grammi) ed il diametro medio,
cosicché ogni ciottolo possa essere collocato all’interno delle classi granulometriche
previste per la frazione ruditica dalla scala Wentworth.
Successivamente si procede alla stima della percentuale di ogni classe granulometrica
sulla base del peso totale iniziale del campione ruditico.
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1.4 ANALISI DELLA FRAZIONE ARENITICA
Essa viene effettuata attraverso l’applicazione di una metodologia diretta definita
Setacciamento
Si utilizza un’apposita batteria di setacci, disposti in pila, in cui l’apertura della maglia
diminuisce progressivamente verso il basso nella misura.
La batteria di setacci impiegata appartiene alla serie ASTM, ed ogni setaccio è dotato di
un’altezza pari a 50 mm.
La frazione arenitica relativa ad ogni campione viene fissata intorno ai 200 gr e
successivamente posta all’interno del setaccio più “alto” (dotato cioè delle maglie più
larghe); l’intera batteria viene così sottoposta all’azione di un agitatore meccanico per un
periodo di circa 30 minuti, al fine di ottenere la completa vagliatura del materiale.
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Successivamente si procede alla stima del peso di ogni singola frazione trattenuta
all’interno di ogni setaccio, valutandone la percentuale rispetto al peso totale iniziale per
ogni singola classe granulometrica di appartenenza.
La frazione eventualmente passata al di sotto dell’ultimo setaccio (con maglie di larghezza
pari a 62,5 µ) viene successivamente aggiunta alla frazione pelitica relativa al medesimo
campione.
I valori di ogni singola pesata così ottenuti vengono riferiti alle classi granulometriche
appartenenti alla scala Wentworth.
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1.5 ANALISI DELLA FRAZIONE PELITICA
Essa viene effettuata attraverso l’impiego di una metodologia indiretta che sfrutta il
comportamento idrodinamico delle particelle in sospensione in un fluido, al fine di dedurre
le caratteristiche granulometriche della frazione analizzata.
Il metodo della Densimetria è basato sul principio espresso dalla Legge di Stoke:
Una sfera immersa in un fluido viscoso, fermo ed indefinito, e abbandonata a se stessa
senza velocità iniziale, per effetto della gravità cade con moto inizialmente accelerato. Se
il diametro della sfera è abbastanza piccolo così che nella sua caduta essa non provochi
la formazione di scie vorticose (regime lamellare), la sfera raggiunge una velocità di
regime alla quale si equilibrano la resistenza del mezzo e la forza motrice, proseguendo la
sua caduta con moto uniforme.
DENSIMETRIA
Una volta trattato il campione con acqua ossigenata, la frazione pelitica, eventualmente
integrata con la percentuale di pelite avanzata dal setacciamento, si procede al
trattamento del campione secondo una quantità non inferiore a 30 gr.
La quantità da trattare viene collocata in un contenitore con l’aggiunta di 50 gr di
deflocculante (Na2C2O4 ossalato di sodio + Na2CO2 carbonato di sodio).
Tali condizioni vengono mantenute per qualche minuto; successivamente il sedimento con
l’aggiunta del deflocculante viene inserito in un agitatore meccanico tenuto in funzione per
circa 10 minuti. Lo scopo di questa operazione è quello di permettere una efficace
deflocullazione del materiale fine.
Al termine di questa operazione, la sospensione viene collocata in un cilindro di vetro con
l’aggiunta di acqua distillata fino ad un volume totale di 1000 cm3.
Prima di procedere alla lettura della densità del fluido, viene agitato l’intero contenuto del
cilindro attraverso una momentanea occlusione della sommità superiore.
Ad inizio prova viene inserito un densimetro di tipo ASTM, tipo A, a bulbo leggermente
asimmetrico, tarato ad una temperatura di 20° C in acqua distillata.
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Vengono così effettuate le letture della densità del fluido ad intervalli di tempo predefiniti
dalla relazione che la Legge di Stoke implica tra la densità del fluido e la percentuale di
particelle che via via sedimentano.
Le percentuali vengono ottenute per interpolazione lineare tra i valori di densità letti
sull’indicatore superiore del densimetro e i tempi di misura, tramite un’apposita tabella.
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1.6 CURVE CUMULATIVE E CURVE DI FREQUENZA
Per le tre metodologie (calibro, setacciamento e densimetria) vengono ottenute le
percentuali di materiale relative ad ogni intervallo granulometrico e diagrammate secondo
delle conseguenti
curve cumulative
in esse viene esposta la relazione tra il diametro delle particelle espresso in µ e la
percentuale cumulativa di ogni campione analizzato.
Ponendo in relazione la frequenza (espressa in percentuale) di ogni classe granulometrica
rappresentata con il diametro delle particelle si ottengono delle
curve di frequenza
tramite esse è possibile ottenere il valore dei vari percentili, necessari per il calcolo dei
Parametri Statistici.
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1.7 CURVA GRANULOMETRICA
La curva granulometrica è un diagramma sperimentale ottenuto in seguito al passaggio
del materiale campione tramite setacciatura (per frazioni granulometriche grossolane)
o sedimentazione (per frazioni granulometriche fini).
Il risultato dell'analisi è reso più chiaramente visibile attraverso la creazione di grafici in
scala ordinaria o logaritmica. In questi grafici le variabili in ascissa e in ordinata sono:
• La percentuale passante è la percentuale di materiale più fine della maglia del
setaccio, che passa attraverso la sua maglia.
• diametro è la larghezza minima della maglia del setaccio in caso di maglia
rettangolare, o diametro in caso di fori circolari.
1.8 ANALISI GRANULOMETRICA
La granulometria viene rappresentata graficamente dalla “curva granulometrica” da cui
risultano le dimensioni prevalenti dei grani.
La curva, definita curva caratteristica della roccia, viene riportata su un diagramma
semilogaritmico nel quale sulle ascisse sono segnate in scala logaritmica le dimensioni
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medie delle particelle in mm, e sulle ordinate le percentuali in peso, rispetto al totale. La
curva caratteristica si ottiene per punti, riportando in corrispondenza di ogni diametro la
percentuale in peso delle particelle di roccia che hanno diametro medio inferiore ad esso.
Questo valore si definisce percentuale passante, in peso, e la complementare percentuale
trattenuta.
Sul grafico sono indicate le varie denominazioni delle frazioni: ghiaia, sabbia, limo, argilla,
in base alla classifica convenzionale proposta dall’AGI. In gene per fine si intende la roccia
passante al setaccio da 0,06 mm, e per grosso la roccia di granulometria superiore.
Per la denominazione delle rocce sciolte, che rientrano in più di un campo di definizione,
l’AGI consiglia di:
far precedere dalla preposizione “con” la denominazione della frazione secondaria se
compresa tra il 50 ed il 25% (argilla con limo)
farla seguire dal suffisso “oso” se fra il 25 ed il 15% (limo argilloso)
definire “debolmente .....oso” se fra il 15 ed il 5% (sabbia debolmente limosa)
A secondo che la curva granulometrica di una roccia sia compresa in un intervallo più o
meno ristretto, la roccia è a granulometria uniforme o disuniforme.
La curva granulometrica dà un’idea dell’ambiente di sedimentazione: se la modalità
deposizionale è stata del tutto casuale, la curva cumulativa è adagiata comprendendo la
maggior parte dei diametri e la roccia si dice ben gradata (curva 1), presentando una
variazione continua di dimensione dei grani. Una roccia sciolta ben gradata, anche se
povera di fine, non diminuisce facilmente di volume per cause esterne.
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Se la curva è spostata verso le ghiaie, è indice di trasporto veloce. La curva può
presentare due flessi, indicanti nel caso delle argille, la precipitazione prima del limo e poi
del flocculato argilloso, a causa della brusca variazione di ambiente elettrico durante la
sedimentazione.
Caso tipico di curva cumulativa compresa in un ristretto campo, ossia di roccia sciolata
scarsamente graduata o uniforme, è, ad esempio, quello delle sabbie marine od eoliche,
sedimentate in ambiente con notevole energia dinamica selettiva. Se si indica, secondo
Allen Hazen, con D60 il valore del diametro corrispondente nella curva granulometrica al
60% del peso, cioè quel diametro per cui la quantità di particelle solide che hanno
dimensioni inferiori ad esso costituiscono il 60% del totale, e con D10 il valore del diametro
corrispondente al 10%, che si definisce diametro efficace, il coefficiente di uniformità della
roccia sciolta è dato dall’espressione: U = D60/D10 ed è minimo (U = 1) quando il 50%
delle particelle hanno tutte uguale dimensione, ma già per un valore U = 3 la
granulometria viene definita uniforme, come ad esempio la sabbia di curva 2. Le curve 3,4
e 5 non sono sufficienti per definire le rispettive rocce sciolte, sarebbero determinanti,
invece, i valori dei limiti di consistenza. Nel caso di rocce organiche, ed in particolare
torbose, date le caratteristiche fibrose dello scheletro solido, non ha senso ricercare la
curva granulometrica.
Le curve granulometriche poco significative, a causa della presenza di sostenze
organiche, sono del tipo della curva 6. Granulometricamente si considerano due classi di
rocce, una inferiore e l’altra superiore, separate, secondo la serie di setacci DIN da quello
di 0,065 mm e dalla serie ASTM, più usata, dal setaccio n.200 (0,075 mm). Il
procedimento di analisi granulometrica è diverso per le due classi: quando è prevalente la
frazione sabbiosa e ghiaiosa, si esegue una setacciatura meccanica con vagli a maglie di
varie dimensioni; quando è prevalente la parte fine (limi ed argille) si adotta il
procedimento per sedimentazione.
