Home GeoForum Forums Geologia & Professione Geotecnica Coesivo o granulare?

da sempre mi sono posto questa domanda: quando un terreno ha un comportamento geomeccanico coesivo e quando granulare? Lasciando perdere la classica definizione "i limi e le argille sono coesivi e le sabbie e ghiaie sono granulari" che ritengo troppo semplicistica, mi sono sempre affidato ad un collega decisamente più geotecnico e più esperto di me che mi ha detto "un terreno per essere considerato coesivo deve avere come minimo il 20% di componente argillosa".
Esiste secondo voi una linea netta di demarcazione tra coesivi e granulari?
Voi come vi regolate?

Spero di non aver fatto una domanda banale
saluti

Secondo me non è affatto una domanda banale, ed è anche una questione non da poco. La sola granulometria per me non basta a distinguere realmente i terreni coesivi da quelli non coesivi, anche perchè sappiamo bene che i terreni sono quasi sempre "misti", c'è quasi sempre una percentuale di argilla, di limo, sabbia e ghiaia, è poco comune trovare un terreno esclusivamente ghiaioso, o esclusivamente sabbioso, etc. La coesione vera e propria è la resistenza al taglio anche in assenza totale di sigma verticale, conferita dalla frazione limoso argillosa, e secondo me quasi sempre i terreni hanno almeno un pò di coesione, grazie alla presenza di una frazione argillosa, anche quando è piccola rispetto alla frazioni sabbioso ghiaiosa. Per me la presenza di coesione effettiva può essere accertata solo tramite prove triassiali o di taglio, e devono anche essere fatte bene, significative dell'intero ammasso di terreno, rappresentative delle condizioni medie al netto di possibili eterogeneità puntuali, etc. Ti dico questo perchè sulla base della mia modesta esperienza mi sono trovato spesso ad avere a che fare con terreni che erano descritti come sabbioso ghiaiosi, e che dalle prove spt erano indicati come del tutto NON coesivi. Però poi se ci facevo analisi di stabilità di pendio, mi accorgevo che i pendii indisturbati assumevano pendenze locali perfino di 40-45 gradi, quando invece il loro angolo attrito effettivo era descritto come oscillante tra 28 - 32 gradi, o al max 35. Perciò in tali casi ero costretto ad ammettere che pur trattandosi di sabbie ghiaiose c'era cmq una certa percentuale di argilla limo che conferiva modesti valori di coesione, modesti (3-5 Kpa) ma cmq necessari a tenere in posto i versanti, altrimenti non si spiega. Poi magari un certo contributo di coesione veniva anche dalle radici degli alberi, sta di fatto che se nel programma non inserivo un minimo valore di coesione il pendio allora non avrebbe potuto proprio esistere. Poi lascio ad altri più esperti eventuali altre spiegazioni.

Credo che la differenza tra granulare e coesivo, in termini litologici, sia un filo fuorviante in quanto si va a legare la granulometria di un deposito ad un ben preciso comportamento nei confronti di uno stato tensionale indotto e di conseguenza alle sue caratteristiche di resistenza ed anche di deformabilità.
Una classificazione basata quindi sulla grandezza delle particelle non può cogliere tale diversità.
Bisognerebbe più correttamente far riferimento a comportamento drenato o non drenato e, per traslato, a parametri di resistenza in termini di sforzi efficaci o in termini di sforzi totali (approccio utilizzato per ovviare alla non conoscenza delle pressioni interstiziali agenti).
In taluni terreni misti è tuttavia non semplice discernere anche tra approccio drenato o non drenato e tutto dipende dalla velocità con cui si dissipano le sovrappressioni interstiziali rispetto ad esempio al caso specifico che stiamo studiando. Per ovviare a ciò le NTC prescrivono comunque di valutare entrambe le condizioni. A complicare il tutto si unisce la forza impulsiva generata dal sisma che può rendere a comportamento non drenato ciò che in condizioni statiche comunemente non lo è.
Detto questo si capisce che un terreno puramente argilloso, mettiamo NC, a lungo termine avendo avuto il tempo di consolidare e dissipare le sovrappressioni viene correttamente trattato in termini di parametri efficaci. Se il problema risulta di compressione per carico ciò non si rileverà la condizione critica, se il problema è di scarico invece lo sarà.
Questo esempio è per evidenziare come non necessariamente un terreno che contiene argilla avrà un contributo dato dalla coesione (efficace in questo caso) in quanto i terreni normalconsolidati hanno coesione c'=0.
Se parliamo delle verifiche di stabilità molto spesso le coesioni determinate correttamente in back-analysis dal collega sono da ascrivere anche alla generazione di suzione (pressione negativa) per risalita capillare di falda che generano di fatto aumenti delle tensioni efficaci e della resistenza al taglio dei terreni agendo come una coesione apparente. Stante poi scomparire a seguito di piogge che si infiltrano con la generazione di frane superficiali. In taluni casi la coesione è anche dovuta a fenomeni di cementazione tra le particelle.

Un saluto

Mijasmo, ottima analisi, però così mi sa che siamo andati un pò oltre. Se mettiamo in mezzo la differenza condizioni drenate non drenate la faccenda si complica (cmq sono perfettamente d'accordo con quanto hai scritto, molti colleghi in realtà non hanno ben chiara la differenza condizioni drenate/non drenata).
Io però direi di restare a parità di condizioni, cioè drenate. In tal caso un terreno non coesivo, a granulometria essenzialmente sabbioso ghiaioso (magari giusto con un percentuale limoso sabbiosa del 5-10 %), possiede c' = 0 e la resistenza al taglio è affidata esclusivamente all'angolo di attrito interno phi' (in tal caso coincidente all'angolo di riposo dei materiali, l'angolo di pendio che tali materiali sciolti assumono).
Nel caso di materiali argilloso limosi, sempre in condizioni DRENATE (quindi a lungo termine, con sovrappressioni neutre del tutto dissipate), l'inviluppo di rottura non è più orizzontale, non si parla più di coesione apparente Cu, ma di coesione effettiva c' (che in genere è un terzo di quella apparente) e l'angolo di attrito non è più nullo, ma torna ad essere un angolo di attrito effettivo con valore positivo.
Fin qui ci siamo, dico bene o ho scritto cavolate e cose che non ricordo bene?
Ora, io mi sono trovato spesso a fare analisi di stabilità di pendio su terreni sabbioso ghiaiosi, indicati con coesione c' effettiva del tutto assente, e in condizioni sicuramente drenate, perchè sia che ci fosse una falda temporanea superficiale, sia che fossero in condizioni totalmente asciutte, in ogni caso non si sviluppavano sovrappresioni neutre, grazie all'elevata permeabilità
Eppure, ho descritto cosa succedeva nelle analisi di stabilità, se li consideravo a coesione effettiva nulla.
A sto punto ero costretto a inserire un piccolo valore di coesione nel software, ma come lo giustifico?
Semplice contributo di coesione per suzione? O magari per la presenza di radici? Oppure presenza di coesione apparente per possibili condizioni non drenate perfino in terreni ad alta conducibilità idraulica?
Non è possibile invece che quel pò di matrice argilloso limosa, seppur in bassa percentuale, conferisse nell'insieme un basso valore di c' all'ammasso?
Io sta storia non l'ho mai capita del tutto. Come si fa in tal casi a capire bene da dove viene il contributo di coesione, e a quantificarla, eventualmente anche in diverse componenti???

Ciao Forren,
in realtà come ho cercato di spiegare per capire a pieno il comportamento dei terreni (almeno quelli coesivi) nei confronti della stabilità non possiamo prescindere dalla valutazione delle condizioni drenate e non drenate al fine di valutare la condizione critica. Per fare questo dobbiamo conoscere la storia dello stato tensionale del terreno ed il percorso di carico o scarico (stress-path) a cui questo è sottoposto. Non ci sono altre strade o scorciatoie.
Attento la coesione "apparente" non è la coesione non drenata ma appunto il contributo dato dalla suzione che in un terreno parzialmente saturo agisce nel terreno con una pressione negativa che noi chiamiamo coesione "apparente" perché effimera dato che questo contributo quando il terreno si ri-satura scompare.
Il contributo di coesione apparente spesso aiuta a tenere su i pendii che guarda caso poi con le piogge quando si saturano franano. In realtà poi il terreno si fessura perché non in grado di sopportare tensioni ma di questo se ne può tenere conto.
Ciò non significa che non ci sia un contributo di coesione, dato da altri fattori, cementazione, radici o vera e propria coesione effettiva c' nei terreni OC.
Spesso ma non sempre questa difficoltà che citi nel riuscire a comporre un modello che propriamente ricalchi la realtà a meno di un contributo di coesione effettiva che devi necessariamente introdurre è perché abbiamo a disposizione software non all'altezza che ci impediscono di modellare il terreno insaturo, per cui siamo costretti a salti mortali rischiando però di allontanarci dalla realtà fisica.
Se costretti a questo il consiglio è porsi ovviamente sul lato cautelativo.

Un saluto

Grazie della risposta, cmq sì, mi sono espresso male, ho ben presente la differenza tra coesione non drenata (Cu) e quella apparente dovuta alla suzione. Nei terreni argillosi sono anche consapevole che è un casino e bisogno sempre valutare il fattore tempo, le condizioni drenate-non drenate -parzialmente drenate.
In quelli granulari invece mi sembra di capire che tu consideri molto importante le forze di suzione (o magari anche la presenza di radici, o una piccola coesione effettiva c' dovuta a piccola presenza di frazione argilloso-limosa). Io nei software che ho usato finora, slope/w della geoslopeoffice int lt e slope della geostru, non ho mai trovato opzioni per inserire bene tali parametri, al limite solo la suzione, ma in un modo che non mi convinceva (assumeva un incremento lineare al di sopra della falda, e non è così, perchè dipende anche dalla stratigrafia, vegetazione, etc.)
In conclusione, dici che è corretto inserire in tali casi un valore c', seppur in pratica fittizio, per giustificare il fatto che il pendio (in terreni granulari) sta in pendio anche ben al di sopra dell'angolo di riposo? Un software un pò più preciso non esiste???

Forren, Slope/W per quanto ho sentito è un software evoluto che dovrebbe consentirti di simulare bene un terreno parzialmente saturo e valutarne anche l'evoluzione nel tempo attraverso una analisi di filtrazione dall'alto (cioè l'andamento dell'infiltrazione delle acque di pioggia a partire dalla frontiera rappresentata dal piano di campagna).
Mi pare strano che permetta solo un singolo inserimento delle proprietà del terreno insaturo in quanto come giustamente noti queste (permeabilità insatura, grado saturazione e le leggi che li legano) dipendono evidentemente dalle caratteristiche del terreno stesso.
Per quanto riguarda la suzione il fenomeno è anche più pronunciato nei coesivi perché le altezze di risalita capillare sono molto più elevate.
Per quanto riguarda infine la tua domanda non posso che risponderti che il modello debba per quanto più possibile approcciare la realtà fisica. In questa linea di pensiero un software evoluto riesce a farlo evidentemente meglio di un altro non evoluto per cui se non ce l'ho a disposizione devo assumere delle condizioni verosimili ma cautelative.
Quindi la coesione efficace non dico che non si debba usare ma deve essere limitata perché nel lungo periodo è un termine che può venire a mancare specialmente sui versanti dove i terreni possono essere soggetti a microspostamenti (creep), detensionamenti etc.. che possono gradualmente degradare la resistenza la taglio delle particelle specialmente nell'aliquota dovuta alla coesione efficace quindi dobbiamo prenderci tutte le cautele possibili limitando questo contributo.
Un modo per avvicinarsi invece al problema delle frane superficiali, senza l'ausilio di software evoluti, può essere quello di saturare completamente con una falda sospesa i primi x metri di terreno a partire dal p.c. in questa maniera quanto meno potrò avvicinarmi alle condizioni di innesco che generano il 95% delle frane superficiali in terra che affliggono i terreni plio-pleistocenici del nostro paese.

Spero di aver chiarito.

Ciao

Eh,guarda, slope/w lo usai anche accoppiato con seep/w, però non sempre avevo la possibilità di usare seep/w (perchè non avevo la licenza, mentre per slope/w, vabbè, un piccolo crack...). Poi cmq parlo di quasi 15 anni, nel frattempo magari hanno implementato un sacco di nuove funzionalità nei software (nel frattempo ho virato verso il GIS, la geologia e geotecnica quasi l'ho dimenticata).
In slope della geostru invece mi pare che la suzione non si potesse inserire affatto, quindi ovviavo inserendo bassi valori di c', sempre appunto in modo conservativo, giusto quel valore che mi consentisse di far stare in piedi il pendio, utilizzando i valori di angolo di attrito da prove spt (quelli erano dati diretti e reali e quindi vincolanti, non potevo giocarci sopra). Poi quanto alla falda sospesa superficiale... a volte si propaga come fronte saturo dal pc verso il basso, altre volte si crea magari al contatto con una porzione di suolo sottostante meno permebabile e quindi si accresce verso l'alto, vedo di regolarmi a seconda dei casi.

Cmq visto che ti vedo molto ferrato in geotecnica mi viene un'altra domanda, se hai tempo per rispondere. Ma considerando la sola c' (non quella apparente di suzione o quella non drenata Cu) come si fa a capire se un terreno argilloso ha perso coesione degradandosi nel tempo? Che tu sappia, c'è una funzione in funzione del tempo, della pioggia, del tipo di argilla, o di altri fattori ancora? Se devo fare un'analisi di stabilità a lungo termine, come faccio?

Per lo più e' stato notato dall'analisi di alcuni casi reali con rotture apparentemente non spiegabili nel lunghissimo termine. E' successo non è la regola ma se ne deve tenere conto non esagerando nei terreni OC con la c'. E' una precauzione tutto qui. E' stato notato anche che la superficie di rottura talvolta si propaga progressivamente fino all'innesco vero e proprio ed e' un fenomeno difficile da modellare.

Grazie, molto interessante... ora mi fai sorgere un'altra domanda, se permetti... ma nelle argille OC i fenomeni di rammollimento e perdita di coesione effettiva c' non sono possibili a breve termine, almeno nelle porzione più superficiale? Imbibizione e rammollimento in concomitanza di piogge avvengono solo in argille normal consolidate con coesione c' molto bassa o anche nulla?