A.A Determinazione della resistenza dei terreni

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1 Determinazione della resistenza dei terreni RESISTENZA = MASSIMO VALORE DELLO SFORZO DI TAGLIO CHE IL TERRENO PUÒ SOSTENERE Le caratteristiche di resistenza di un terreno sono studiate sperimentalmente attraverso prove di taglio in cui provini di piccole dimensioni sono sollecitati da tensioni note e vengono misurate le deformazioni conseguenti (il terreno per resistere si deforma) Il comportamento del terreno è attritivo -> è necessario applicare al terreno sia sforzi normali che sforzi di taglio

2 PROVA DI TAGLIO DIRETTO T Scatola di taglio provino dimensione provino: sollecitazioni: misure: N piano di rottura 60x60x25 mm N forza assiale T forza di taglio Cedimento verticale Spostamento orizzontale relativo Il provino è inserito all interno della scatola di taglio, costituita da due telai orizzontali rigidi, che sono fatti scorrere uno rispetto all altro Nel caso di materiale fine, il provino può essere indisturbato o ricostituito in laboratorio Nel caso di materiali a grana grossa, i provini sono in genere ricostruiti in laboratorio Per individuare i parametri di resistenza al taglio si eseguono almeno 3 prove su 3 provini, aventi inizialmente stesso indice dei vuoti e consolidati a 3 diverse pressioni verticali

3 PROVA DI TAGLIO DIRETTO piastra ripartitrice di carico leva carta filtro griglia Provino pesi griglia carta filtro piastra di base spostamento orizzontale imposto N T scatola di taglio dinamometro parte mobile parte fissa N.B. LE CONDIZIONI DI DRENAGGIO NON SONO CONTROLLATE NON È POSSIBILE MISURARE LE u

4 Velocità standard: argille v = 10-4 mm/s sabbie v = 0.02 mm/s FASI DELLA PROVA DI TAGLIO DIRETTO 1) Consolidazione Ogni provino è caricato assialmente mediante un peso (carico N) e lasciato consolidare La consolidazione è monitorata mediante misura degli assestamenti verticali δv nel tempo, al fine di valutare la fine del processo di consolidazione (fine degli assestamenti); durante la consolidazione i 2 telai rigidi sono mantenuti solidali tra loro N.B. La cella che contiene il provino è immersa in un contenitore pieno d acqua: la consolidazione avviene come nell edometro 2) Rottura per taglio Mantenendo costante la forza normale N, è applicata una velocità di spostamento costante al telaio inferiore (quello superiore è bloccato dal contrasto) e sono misurati la forza orizzontale T di reazione al movimento relativo lungo la superficie di scorrimento che si genera nel provino in corrispondenza del piano di separazione tra i due telai (dinamometro) e lo spostamento orizzontale del telaio mobile δh N.B. La velocità di spostamento è calibrata (sulla base dei risultati della fase di consolidazione) in modo che lo scorrimento non generi Du (la prova deve essere drenata) e che s = s

5 FASI DELLA PROVA DI TAGLIO DIRETTO Resistenza residua (solo nei terreni a grana fine) Dopo il primo ciclo di rottura, sono eseguiti successivi cicli di taglio (almeno 5) in modo da sollecitare ripetutamente il provino lungo la superficie di rottura fino al raggiungimento del valore minimo della resistenza al taglio corrispondente all allineamento dei grani Una volta raggiunta la resistenza residua lo sforzo di taglio rimane costante all aumentare del numero di cicli Resistenza di stato critico

6 PROVA DI TAGLIO ANULARE

7 PROVA DI TAGLIO ANULARE CARICO ASSIALE CUSCINETTO CUSCINETTO LAMELLE FISSAGGIO PROVINO ALTEZZA PROVINO CUSCINETTO PARTE IMMOBILE PARTE MOBILE SUPERFICIE DI TAGLIO DEL PROVINO PIETRA POROSA

8 PROVA DI TAGLIO ANULARE Condizionatori segnali trasduttori Sistema di acquisizione CELLA DI CARICO 2 PANNELLO DI CONTROLLO MACCHINA DI TAGLIO TRASDUTTORE DI SPOSTAMENTO ASSIALE TELAIO PER L APPLICAZIONE DEL CARICO ASSIALE TRAVERSA IMMOBILE PER LA MISURA DELLA COPPIA TORCENTE CELLA DI CARICO 1 PESI CARICO ASSIALE

9 provino acqua PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA Un campione cilindrico, avvolto da una membrana di lattice (isola il campione dall acqua contenuta nella cella) è sottoposto a una pressione di cella isotropa (esercitata dall acqua di cella) e, in fase di rottura, a un carico assiale (applicato da un pistone coassiale) N.B. Prove di compressione o estensione cilindrica Trasduttore spostamento verticale Dimensione provino cilindrico: H/D = H = 76 mm D =38 mm H = 100 mm D = 50 mm H = 140 mm D = 70 mm H = 200 mm D = 100 mm H = 300 mm D = 150 mm H = 600 mm D = 300 mm F a σ c Sollecitazioni: Pressione di cella σ c (o σ r ) Carico assiale F a Il drenaggio è controllato Lo stato tensionale e deformativo sono uniformi

10 provino acqua PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA La pressione di cella è applicata mediante un compressore e misurata con un trasduttore di pressione La forza assiale è applicata alla piastra superiore mediante un asta di carico o un pistone privi di attrito e misurata da una cella di carico F a σ c Trasduttore spostamento verticale pistone senza attrito Un trasduttore di spostamento solidale al pistone misura l abbassamento DH del provino

11 provino acqua PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA Le estremità del provino sono in contatto con due pietre porose, collegate al circuito di drenaggio con due tubicini flessibili Se la valvola di drenaggio è aperta, sono permessi flussi in uscita e in entrata e il terreno può dissipare le Du e variare di volume (DV misurato tramite buretta o volumometro) Se la valvola di drenaggio è chiusa l acqua non può fuoriuscire dal campione (volume costante) e un trasduttore di pressione misura le Du generate nel provino dai carichi applicati F a σ c Trasduttore spostamento verticale

12 PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA

13 PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA

14 PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA Pannello Personal Computer con programma TRIAX Bellofram Serbatoio acqua Pressa Centraline dati Volumometro PANNELLO TRIASSIALE LABORATORIO ISMGEO Seriate (BG)

15 LEGENDA PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA a tensione in cella back 1 Trasduttore pressure al drenaggio di pressione inferiore per la misura TP1 della tensione in cella back 2 Trasduttore pressure al drenaggio di pressione superiore la misura TP2 della back pressure al drenaggio inferiore TP1 verticali 3 Trasduttore di pressione per la misura della back pressure al drenaggio superiore TP Trasduttori di spostamento di non contatto verticali orizzontali 5 Trasduttori di spostamento di non contatto orizzontali 6 Montanti in acciaio inox 7 Piatti in acciaio inox 8 Provino 9 Drenaggio inferiore 10 Drenaggio superiore 11 Cella di carico interna 12 Cella di carico esterna 13 LVDT 14 Pistone di carico 15 Ripartitore di carico superiore LEGENDA 14 Pistone di carico 15 Ripartitore di carico superiore SCHEMA DI CELLA TRIASSIALE ISMGEO Seriate (BG) 7 2 3

16 PROVA TRIASSIALE - APPARECCHIATURA

17 PROVA TRIASSIALE SOLLECITAZIONI (condizioni di simmetria assiale) F a s a s r pressione di cella (isotropa) s r =s c = s 3 pressione neutra u carico assiale s a = s 1 = F a /(πd 2 /4) + s r s r D u s r s r H N.B. Si assume nullo l attrito tra le piastre di estremità ed il provino e tra la membrana ed il provino (t zr =0) Le direzioni verticale ed orizzontale sono principali s a DEFORMAZIONI (condizioni di simmetria assiale) deformazione assiale deformazione volumetrica e a = DH H 0 e v = DV deformazione radiale e r = e v -e a 2 V 0

18 PROVE TRIASSIALI - FASI 1. Saturazione del provino Il campione deve essere saturo per poter dedurre le variazioni di volume dal volume di acqua in entrata o in uscita C0 2 : l aria presente nel provino è sostituita con C0 2 (più comprimibile dell aria) che viene fatta circolare attraverso le linee di drenaggio della cella triassiale Flushing: si applica un flusso d acqua disareata all interno del campione che trascina via le bolle di C0 2 Back pressure: si applica una pressione all acqua interstiziale detta back pressure (u 0 ) e un uguale pressione in cella, in modo che la differenza tra le due sia nulla e che le tensioni efficaci siano invariate. Le bolle d aria entrano in soluzione. La BP è mantenuta costante durante le fasi successive 2. Consolidazione Isotropa (C) s r = s a Anisotropa (CA) s r s a Monodimensionale (CK 0 ) s r = k o s a 3. Rottura (Drenata o Non Drenata) e a > 0 Compressione per carico Ds a > 0 Ds r = 0 Compressione per scarico Ds a = 0 Ds r < 0 e a < 0 Estensione per carico Ds a = 0 Ds r > 0 Estensione per scarico Ds a < 0 Ds r = 0

19 PROVA TRIASSIALE PERCORSI DI CARICO FASE DI ROTTURA piano (p,q) invarianti di tensione q = s a -s r Ds a =0 scarico carico Ds a >0 Ds r < 0 Ds r = 0 compressione COMPRESSIONE PER SCARICO COMPRESSIONE PER CARICO estensione ESTENSIONE PER SCARICO Condizione iniziale isotropa ESTENSIONE PER CARICO p = (s a +2s r )/3 Ds a < 0 Ds a = 0 Ds r = 0 Ds r >0

20 PERCORSI TENSIONALI Compressione per carico

21 PERCORSI TENSIONALI Compressione per scarico

22 PERCORSI TENSIONALI Estensione per carico

23 PERCORSI TENSIONALI Estensione per scarico

24 PERCORSI TENSIONALI B B A A C C A COMPRESSIONE PER SCARICO-CARICO B COMPRESSIONE PER SCARICO C ESTENSIONE PER SCARICO

25 PROVA TRIASSIALE PERCORSI DI CARICO q (kpa) compressione per carico compressione per scarico estensione per scarico M C retta K p' (kpa) M E