Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 1/25 Cliente Ricerca di Sistema (secondo periodo) Oggetto Messa a punto di metodi sperimentali per la valutazione del contributo della vegetazione alla stabilizzazione dei versanti: prove di laboratorio per la valutazione dell incremento di resistenza al taglio Ordine L17946G Note SISET / SITER / workpackage 1 / milestone 1.8 La parziale riproduzione di questo documento è permessa solo con l'autorizzazione scritta del CESI. N. pagine 25 N. pagine fuori testo - Data 17 Dicembre 2004 Elaborato CESI PeC E. Crippa, C. Villa Verificato CESI PeC D. Cazzuffi CESI FAS L. Nigro Approvato CESI ING G. Mazzà CESI Via R. Rubattino 54 Capitale sociale 8 550 000 Euro Registro Imprese di Milano Centro Elettrotecnico 20134 Milano - Italia interamente versato Sezione Ordinaria Sperimentale Italiano Telefono +39 022125.1 Codice fiscale e numero N. R.E.A. 429222 Giacinto Motta SpA Fax +39 0221255440 iscrizione CCIAA 00793580150 P.I. IT00793580150 www.cesi.it
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 2/25 Indice SOMMARIO...3 1 INTRODUZIONE...4 1.1 PREMESSA...4 1.2 DESCRIZIONE DELLE DIVERSE SPECIE DI GRAMINACEE OGGETTO DELL INDAGINE SPERIMENTALE...4 1.3 SVILUPPO DELL INDAGINE SPERIMENTALE...7 2 PRELIEVO IN SITO DI CAMPIONI INDISTURBATI...8 3 PROVE DI TAGLIO DIRETTO...14 4 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE...24 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI...25
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 3/25 SOMMARIO Il presente rapporto descrive le attività svolte durante l anno 2004, nell ambito dell attività di ricerca finalizzata alla messa a punto di metodi sperimentali per la valutazione del contributo della vegetazione alla stabilizzazione dei versanti. La programmazione triennale di questa specifica attività di ricerca prevedeva, tra l altro, la valutazione dell incremento di resistenza al taglio fornito dalle radici della vegetazione, mediante la realizzazione di prove di taglio diretto in laboratorio. Era previsto che le prove di taglio dovessero essere effettuate su campioni indisturbati, prelevati in sito, di terreno contenente apparati radicali e su campioni indisturbati di solo terreno. Il sito scelto per il prelievo è stato quello di Altomonte in Calabria, già ampiamente descritto nel precedente Rapporto, che ha riguardato l attività realizzata nel corso del 2003. Nel presente rapporto, dopo aver brevemente descritto le caratteristiche botaniche, pedoclimatiche ed agronomiche delle specie vegetali piantate in sito ed oggetto dell indagine (Elygrass, Eragrass, Pangrass e Vetiver), si rende conto delle operazioni di prelievo di campioni indisturbati, contenenti sia solo terreno che terreno radicato. In particolare, si presentano le valutazioni qualitative effettuate in precedenza all intervento di prelievo e le osservazioni emerse in sito al momento della realizzazione del prelievo stesso. I campioni di terreno, di forma cilindrica e dimensioni di un metro di altezza per un diametro di 0,2 m, sono stati prelevati mediante infissione a pressione di fustelle in acciaio dal piano campagna fino ad un metro di profondità, in modo da ottenere provini già confezionati, formati da terreno e apparati radicali per le prove di taglio diretto. Vengono altresì descritte le prove di taglio diretto effettuate in laboratorio sui campioni prelevati, mediante un apparecchiatura di grandi dimensioni opportunamente messa a punto. I risultati ottenuti dalle prove di taglio hanno evidenziato il contributo di resistenza al taglio fornito dagli apparati radicali delle specie in esame. In particolare, anticipando alcune delle interpretazioni dei risultati sperimentali che saranno il principale oggetto delle attività relative a questa ricerca nel corso del 2005, si è già potuto osservare come parametro fondamentale sia la resistenza a trazione delle radici: infatti, a valori elevati di resistenza a trazione da parte delle radici, corrispondono gli incrementi di resistenza al taglio più importanti. Inoltre, i valori registrati sono risultati in linea con quelli presenti in letteratura e dimostrano anche quantitativamente il contributo della vegetazione nella stabilizzazione di scivolamenti superficiali.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 4/25 1 INTRODUZIONE 1.1 Premessa Numerosi studi in letteratura hanno confermato come l influenza delle radici sul comportamento meccanico dei pendii risulti significativa nei primi metri di sottosuolo, laddove la densità radicale è tale da costituire un vero e proprio rinforzo meccanico. Ben inferiore, invece, è il numero di ricerche che hanno cercato di quantificare, sia sperimentalmente che analiticamente, l effettivo contributo fornito dalla vegetazione alla resistenza meccanica del terreno circostante. La ricerca in corso al CESI nel triennio 2003-2005, sta cercando di fornire nuovi elementi di discussione scientifica riguardo all incremento di resistenza al taglio di un terreno radicato nei confronti di terreno omogeneo, vale a dire privo di materiale vegetale al suo interno. In particolare, il presente rapporto rende conto dell attività sperimentale realizzata nel corso del 2004 e va ad integrare il rapporto A3/044533, che invece descriveva le attività del 2003, nell ambito della milestone 7. Nel precedente rapporto venivano inoltre descritti gli aspetti basilari dell utilizzo della vegetazione nella stabilizzazione dei versanti e l intervento di ingegneria naturalistica di consolidamento delle scarpate nell area della centrale termoelettrica di cogenerazione Edison, in costruzione sul territorio di Altomonte (CS). L intervento aveva previsto la messa a dimora di circa 200000 graminacee perenni cespitose su un area superiore ai 40 m 2 ; alla piantumazione, aveva fatto seguito un programma di monitoraggio, effettuato mediante ispezioni in sito realizzate nell Agosto 2003 e nel Novembre 2003. Tali ispezioni avevano confermato la riuscita dell intervento, valutata mediante la misura della percentuale di piante attecchite, dell altezza della parte aerea delle piante e della profondità delle radici. Le specie di graminacee piantate sono state quattro e sono risultate il frutto di selezioni genetiche che hanno permesso di ottenere esemplari caratterizzati da radici in grado di raggiungere notevoli profondità e capaci di resistere in ambienti particolarmente difficili, da molto umidi a particolarmente secchi ed in presenza di terreni inquinati e a pronunciate caratteristiche di acidità o alcalinità. Le specie oggetto dell indagine sono state le seguenti: Elygrass (Elytrigia elymus spp.) Eragrass (Eragrostis curvala) Pangrass (Panicum virgatum) Vetiver (Vetiveria zizanioides) Nel seguito si riporta una breve descrizione delle caratteristiche di ogni singola specie. 1.2 Descrizione delle diverse specie di graminacee oggetto dell indagine sperimentale Elygrass (Elytrigia elymus spp.) Specie, originaria dell'europa sud-orientale e dell'asia Minore, è ormai diffusa in tutti gli altri continenti. Molto vigorosa e sempreverde anche d'inverno.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 5/25 DESCRIZIONE BOTANICA Graminacea perenne cespitosa con rizoma producente stoloni e culmi con sviluppo aereo fino a 0,6-0,8 m. Ha foglie allungate, resistenti, erette, con culmi che possono raggiungere anche un metro e mezzo di altezza, con infiorescenza a spighe composte da spighette piuttosto grossi. Apparato radicale fascicolato con numerose radici cilindriche e fini in grado di raggiungere un approfondimento fino a 2 m. ESIGENZE PEDOCLIMATICHE Ha una elevata resistenza alla siccità estiva ed al freddo invernale e alla salinità. reazione del terreno: ph 5-12 temperature estreme: da -5 a + 50 C precipitazioni atmosferiche: 300-1000 mm/anno. CARATTERISTICHE AGRONOMICHE Possiede anche una elevata resistenza alla salinità. Svolge un ciclo autunno-vernino potendo, a volte, andare a fiore due volte all anno sia a fine primavera sia in autunno. Eragrass (Eragrostis curvala) Specie, di origine sudafricana, e ormai diffusa in tutti i Continenti. La più coltivata nel genere Eragrostis anche a scopo ornamentale. DESCRIZIONE BOTANICA Graminacea perenne cespitosa con rizoma producente culmi addensati con sviluppo aereo fino a 1,2 m. Guaine arrotolate, pubescenti alla base e verdi scuro; lamina fogliare lunga fino a 0,3 m, convoluta e ruvida sulla pagina superiore e di colore verde scuro. Apparato radicale fascicolato con numerose radici cilindriche, finissime e di elevata resistenza alla trazione con un massimo approfondimento fino a 3-4 m. Infiorescenze, in maturazione tra agosto e settembre, sono costituite da pannocchie molto lasse e aperte, lunghe anche 0,3 m, con spighette di color verdegrigio oliva scuro. ESIGENZE PEDOCLIMATICHE Predilige posizioni in pieno sole, con clima caldo e secco e terreno sabbioso. reazione del terreno: ph 5-8,2 temperature estreme: da -5 a + 40 C precipitazioni atmosferiche: 200-1000 mm/anno.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 6/25 CARATTERISTICHE AGRONOMICHE Si propaga facilmente con semine in vaso, in condizioni controllate e più difficilmente in piena terra, date le minutissime dimensioni dei semi. La specie ha anche un discreto valore foraggiero. Produce stoloni e può anche propagarsi lateralmente. Pangrass (Panicum virgatum) Specie originaria del Nordamerica, presenta una ampia variabilità genetica sia per adattamenti climatici che per terreni e piovosità. DESCRIZIONE BOTANICA Graminacea perenne cespitosa con rizoma corto e di color scuro producente culmi alti fino a 0,2 m e sviluppo aereo di 0,6-0,8 m circa. Guaine fogliari persistenti, glabre e verdi; lamina fogliare lunga fino a 0,6 m e larga 2 cm, piana e glabra, ma a volte leggermente pubescente alla base. Apparato radicale fascicolato con numerose radici cilindriche e piuttosto grossolane con possibilità di approfondirsi fino a 3-4 m. Infiorescenze mature tra settembre e novembre e costituite da pannocchie molto lasse, più compatte all apice e molto aperte e piangenti verso la base, lunghe anche 0,5 m. ESIGENZE PEDOCLIMATICHE reazione del terreno: ph 4,5-7,6 temperature estreme: da -20 a + 45 C precipitazioni atmosferiche: 300-1000 mm/anno. CARATTERISTICHE AGRONOMICHE Messa a dimora con temperatura del terreno sopra i 15 Esige esposizioni soleggiate Adatta anche a terreni rocciosi Specie robusta, di discreto valore foraggiero (in primavera). Lo sviluppo ottimale avviene nel periodo estivo ed è particolarmente favorito da frequenti precipitazioni. La pianta dissecca durante il periodo invernale, per ricacciare in primavera. Si riproduce sia con semina in vasi e poi con trapianto (fornendo in pochi mesi un'ottima vegetazione) che direttamente sul terreno, purché in condizioni ottimali di umidità e temperatura. Vetiver (Vetiveria zizanioides) Il Vetiver, relativamente sconosciuto, fino agli anni 80, viene utilizzato, oltre che per l estrazione di oli essenziali dalle radici, per la stabilizzazione dei terreni e conservazione delle risorse idriche. La promozione da parte della
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 7/25 Banca Mondiale attraverso il Vetiver Network ha reso questa pianta come la pianta modello, di provata utilizzazione per interventi, a livello mondiale, di "ingegneria verde. Pianta di origine tropicale, proveniente dal Sud-est asiatico (Tailandia) che trova, nelle condizioni climatiche italiane, limiti nella sua applicazione soprattutto in Regioni a clima invernale molto freddo. DESCRIZIONE BOTANICA Graminacea perenne cespitosa con rizoma producente parecchi culmi con sviluppo aereo fino a 1,6 m, in condizioni ottimali. Foglie lineari con lamina distesa (piana) verde chiaro. Apparato radicale fascicolato con numerose radici fibrose, cilindriche e piuttosto grossolane con un approfondimento in gradi di raggiungere fino a 4-5 m. Non produce infiorescenza in quanto viene utilizzato un clone sterile, selezionato, attraverso il miglioramento genetico, per lo sviluppo radicale. ESIGENZE PEDOCLIMATICHE La pianta, grazie al ridotto numero di stomi ed allo sviluppo profondo delle radici, resiste molto bene sia alla siccità, sia all immersione in acqua, tollerando condizioni di asfissia radicale. reazione del terreno: ph 4-11 temperature estreme: da -5 a + 50 C precipitazioni atmosferiche: 100-1500 mm/anno. CARATTERISTICHE AGRONOMICHE Predilige l esposizione diretta alla luce del sole, ma tollera anche condizioni di ombra. Si adatta alle più svariate ed estreme condizioni pedologiche: dune sabbiose, o materiali argillosi, terreni acidi o alcalini (4<pH<11), aridi o acquitrinosi, torbosi o poveri in sostanza organica. Resiste a concentrazioni elevatissime di inquinanti e metalli pesanti, quali Cd, Pb, As, Al, Sn, Zn, Hg, Sb, Cr, Ni, ecc., presenti nei terreni, che concentra nella pianta, sottraendole al terreno stesso. Messa a dimora con temperatura del terreno sopra i 15. Le radici spugnose, fibrose e resistenti si accrescono verticalmente fino a profondità elevate, anche oltre i 5 metri, senza svilupparsi radialmente, per cui la pianta risulta poco competitiva con le coltivazioni adiacenti. 1.3 Sviluppo dell indagine sperimentale Le quattro specie di graminacee sono ormai da alcuni anni oggetto di studi in Italia e diverse sono le applicazioni in interventi di ingegneria naturalistica, sia di stabilizzazione superficiale di pendii e versanti che di protezione dall erosione. Importante è però cercare di valutare il reale contributo fornito dalle radici alla resistenza al taglio del terreno, se possibile mettendo a punto un metodo di indagine ripetibile, utilizzando opportune metodologie di campionamento e svolgendo tradizionali prove geotecniche. L attività di ricerca del 2004 ha dunque previsto il prelievo in sito di campioni indisturbati di terreno di grandi dimensioni contenenti anche apparati radicali e la realizzazione di prove di taglio diretto eseguite sugli stessi campioni mediante un apparecchiatura di grandi dimensioni, avendo come obiettivo l andamento della resistenza al taglio dei campioni a diverse profondità. Le diverse fasi dell attività realizzate nel corso dell anno sono descritte nei successivi capitoli del presente rapporto, dedicati rispettivamente al prelievo in sito di campioni indisturbati (Cap. 2) ed alle prove di taglio diretto (Cap. 3).
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 8/25 2 PRELIEVO IN SITO DI CAMPIONI INDISTURBATI Come affermato precedentemente e come ampiamente descritto nel rapporto sull attività di ricerca realizzata nel corso del 2003, il sito scelto per effettuare il prelievo di campioni indisturbati è ubicato nell Italia Meridionale, precisamente sul territorio del comune di Altomonte in Calabria. La scelta del sito è stata determinata da diversi fattori: in primo luogo, i versanti che circondano la costruenda centrale di Altomonte sono stati completamente piantumati con le specie vegetali oggetto dell indagine ed il periodo di messa a dimora ha permesso al personale del CESI di seguire l intervento e di monitorarlo nel tempo; in secondo luogo il terreno costituente i versanti è di tipo coesivo e ciò avrebbe dovuto più facilmente consentire il prelievo di campioni indisturbati di terreno. L analisi granulometrica realizzata su un campione del terreno in oggetto ha confermato infatti che si tratta di limo (63,30 %) con argilla (28,70 %), come si può anche osservare dalla curva riportata in Figura 1. 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Diametro [mm] Figura 1: Analisi granulometrica di un campione di terreno prelevato presso il sito di Altomonte Al fine di meglio studiare l interazione terreno-radice e permettere il completo sviluppo del meccanismo di rottura al momento delle prove di taglio in laboratorio, è stato deciso di prelevare campioni di grandi dimensioni, non così usuali per i sondaggi geotecnici, da sottoporre poi direttamente alle prove di taglio diretto. I campioni prelevati dovevano avere un diametro pari a 200 mm ed un altezza di un metro, così da permettere l effettuazione delle prove in laboratorio a tre diverse profondità. E stato quindi deciso di prelevare tre campioni indisturbati di terreno contenenti ciascuno un apparato radicale, per ognuna delle quattro specie di graminacee considerate. Al fine di quantificare effettivamente l incremento di resistenza al taglio, è stato previsto di prelevare anche tre campioni di solo terreno. Dunque, complessivamente i campioni indisturbati da prelevare erano in numero pari a quindici. Al momento della fase di preparazione della ricerca sono state poi prese in esame le diverse tecniche di prelievo dei campioni, considerando la difficoltà nell estrarre campioni di tali dimensione e peso e la necessità di arrecare il minor disturbo possibile. La modalità di prelievo mediante trivellazione è stata accantonata in quanto avrebbe provocato un eccessivo disturbo al campione e ci si è quindi orientati sulla tecnica di infissione della fustella a pressione. Questo secondo metodo avrebbe garantito, almeno teoricamente, un estrazione senza disturbo del terreno e delle radici ed un maggior controllo della 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Passante [%]
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 9/25 perpendicolarità nella direzione di campionamento. Tale metodo, inoltre, è normalmente impiegato nelle fasi di controllo di sistemi barriera naturali per estrarre campioni indisturbati di argilla sui quali, ad esempio, realizzare prove di permeabilità. Il prelievo, infatti, doveva avvenire dal piano campagna fino ad un metro di profondità, in accordo con la misura del massimo affondamento delle radici registrata in sito nei mesi precedenti. Sono state dunque preparate quindici fustelle di acciaio di diametro interno pari a 200 mm, aventi spessore della parete di circa un millimetro e altezza di un metro. La scelta dello spessore della fustella ha rappresentato un ulteriore aspetto critico in quanto esso doveva essere sufficiente a garantire l infissione senza deformazioni della fustella stessa e doveva permetterne il taglio mediante flessibile al momento dell apertura dei campioni, prima della realizzazione della prova in laboratorio. Il prelievo in sito dei campioni è stato effettuato nei giorni 30 e 31 Marzo 2004, periodo scelto poiché coincidente con il risveglio vegetativo delle specie di graminacee perenni impiantate. Un immagine della centrale termoelettrica in costruzione con scorci dei versanti circostanti rinverditi viene presentata in Figura 3. Si segnala che il mese di Marzo 2004 è stato contraddistinto da piogge intense per diversi giorni: per questo motivo il terreno, prevalentemente limoso-argilloso, era diventato particolarmente fangoso e non ha consentito un agevole accesso ai mezzi di una certa stazza utilizzati per il prelievo. Pertanto, l estrazione dei campioni indisturbati è stata effettuata utilizzando un autocarro dotato di un sistema a pressione usualmente impiegato nella realizzazione di pozzi per acqua, in grado di spingere la fustella fino alla profondità desiderata (Figura 3). Figura 2: Centrale termoelettrica di Altomonte in costruzione, ripresa dai circostanti versanti rinverditi in data 30 Marzo 2004
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 10/25 Figura 3. Immagine del mezzo impiegato per il prelievo dei campioni indisturbati La messa a dimora delle piante aveva previsto l impiego contemporaneo delle quattro specie di graminacee perenni nelle stesse zone, con un sesto d impianto che permetteva un ottimale sinergia tra le diverse caratteristiche delle specie. E stata dunque identificata un area accessibile ai mezzi e si sono identificati preventivamente tre esemplari per ogni specie, al fine di prelevare campioni indisturbati di terreno contenenti ciascuno l apparato radicale. Nella medesima zona sono stati poi prelevati i tre campioni indisturbati contenenti esclusivamente terreno. Ciò ha permesso di avere campioni pressoché uniformi dal punto di vista della natura del terreno. Una volta identificati tre esemplari per ognuna delle quattro specie di graminacee, le parti aeree di ognuno sono state tagliate per permettere un migliore posizionamento del campionatore ed un infissione perpendicolare della fustella. Dopo aver posizionato il mezzo ed aver collegato al sistema pneumatico la fustella mediante bulloni si è proceduto all infissione in pressione dell intero sistema. Questa procedura di prelievo è stata ripetuta per ogni prelievo effettuato; l intera estrazione dei campioni indisturbati ha richiesto due giorni lavorativi. Nelle Figure 4, 5, 6 e 7 sono illustrate alcune fasi della procedura stessa.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 11/25 Figura 4. Posizionamento del mezzo per l estrazione dei campioni indisturbati Figura 5: Posizionamento della fustella in direzione perpendicolare al terreno prima del fissaggio al sistema pneumatico
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 12/25 Figura 6: Fase di affondamento a pressione della fustella nel terreno Figura 7: Allentamento dei bulloni di fissaggio e recupero della fustella contenente il campione prelevato
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 13/25 Una volta prelevati, i campioni indisturbati sono stati sigillati mediante l applicazione di cera per mantenerne l umidità e sono stati trasportati al Laboratorio Geosintetici del CESI di Milano. I campioni sono stati quindi identificati con un codice alfanumerico costituito da tre lettere ed un numero compreso tra uno e tre, come riportato nella Tabella 1. SIGLA IDENTIFICATIVA DEL CAMPIONE Tabella 1: Identificazione dei campioni prelevati DESCRIZIONE DEL CAMPIONE PROFONDITA DEL PIANO DI TAGLIO Ter 1 Campione n.1 di solo terreno 0,2 m Ter 2 Campione n.2 di solo terreno 0,4 m Ter 3 Campione n.3 di solo terreno 0,6 m Ely 1 Campione n.1 di terreno contenente apparato radicale di Elygrass 0,2 m Ely 2 Campione n.2 di terreno contenente apparato radicale di Elygrass 0,4 m Ely 3 Campione n.3 di terreno contenente apparato radicale di Elygrass 0,6 m Era 1 Campione n.1 di terreno contenente apparato radicale di Eragrass 0,2 m Era 2 Campione n.2 di terreno contenente apparato radicale di Eragrass 0,4 m Era 3 Campione n.3 di terreno contenente apparato radicale di Eragrass 0,6 m Pan 1 Campione n.1 di terreno contenente apparato radicale di Pangrass 0,2 m Pan 2 Campione n.2 di terreno contenente apparato radicale di Pangrass 0,4 m Pan 3 Campione n.3 di terreno contenente apparato radicale di Pangrass 0,6 m Vet 1 Campione n.1 di terreno contenente apparato radicale di Vetiver 0,2 m Vet 2 Campione n.2 di terreno contenente apparato radicale di Vetiver 0,4 m Vet 3 Campione n.3 di terreno contenente apparato radicale di Vetiver 0,6 m In Tabella 1 si riporta poi la profondità alla quale è stato localizzato il piano, cioè la profondità alla quale è stata eseguita la prova di taglio diretto in laboratorio. L attività, infatti, ha previsto il trasporto in laboratorio dei campioni di terreno indisturbato in laboratorio e l esecuzione su ciascuno di essi di una prova di taglio realizzata rispettivamente alle profondità di 0,2 m, 0,4 m e 0,6 m, come verrà descritto nel Capitolo 3.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 14/25 3 PROVE DI TAGLIO DIRETTO Una volta giunte al Laboratorio Geosintetici del CESI, le fustelle contenenti i campioni di terreno sono state aperte mediante flessibile, appena prima di effettuare la prova di taglio, prestando particolare cura che i campioni stessi non venissero danneggiati durante questa operazione. Una volta liberati della fustella, i campioni sono stati avvolti in un involucro trasparente per poter essere trasportati e quindi sono stati pesati e misurati. Immagini dell apertura di un campione indisturbato di terreno vengono rappresentate nelle Figure 8 e 9. Figura 8: Apertura in laboratorio di un campione indisturbato di terreno
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 15/25 Figura 9: Taglio della fustella in acciaio contenente il campione mediante flessibile Va segnalato che i campioni Ter 2 (profondità del piano di taglio: 0,4 m), Ely 3 (profondità del piano di taglio: 0,6 m), Era 2 (profondità del piano di taglio: 0,4 m) e Vet 1 (profondità del piano di taglio: 0,2 m) al momento dell apertura emanavano cattivo odore, probabilmente a causa dello svilupparsi di fenomeni di putrefazione della materia organica contenuta al loro interno e non sono stati dunque considerati. Nella Tabella 2 sono riportati i pesi e le altezze misurati per ognuno degli undici campioni poi sottoposti alle prove di taglio diretto. Tabella 2: Caratteristiche di peso e di altezza dei campioni prelevati SIGLA CAMPIONE PESO (kg) ALTEZZA (m) Ter 1 69,14 1,000 Ter 3 59,86 0,890 Ely 1 60,15 0,940 Ely 2 40,55 0,650 Era 1 45,20 0,450 Era 3 55,40 0,830 Pan 1 42,53 0,690 Pan 2 48,00 0,750 Pan 3 64,10 0,995 Vet 2 57,40 0,850 Vet 3 50,00 0,820
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 16/25 Ely 2 Figura 10: Allestimento di una prova di taglio e posizionamento del campione all interno della camicia di acciaio opportunamente realizzata Le prove di taglio diretto da effettuare sui campioni prelevati presso il sito di Altomonte sono state realizzate mediante un apparecchiatura di taglio di grandi dimensioni opportunamente modificata. Infatti, al fine di poter accogliere i cilindri di terreno alti all incirca 1 m, è stato necessario realizzare una particolare camicia di acciaio in grado di sostenere e serrare il campione durante la prova, in modo che non si verificassero flessioni del campione stesso. L apparecchiatura di taglio diretto è costituita da due blocchi: uno inferiore, fisso, che funge da fissaggio alla base del campione ed uno superiore, che ha la possibilità di scorrere, a cui è stata aggiunta la camicia cilindrica di sostegno. Per la realizzazione di queste prove, i piani di taglio sono stati localizzati rispettivamente a 0,2, 0,4 e 0,6 m di profondità del campione, senza che venissero applicati ulteriori carichi verticali, ma lasciando esclusivamente agire il peso naturale del terreno sovrastante, così da riprodurre, il più fedelmente possibile, scorrimenti superficiali in sito. Tra la parte superiore mobile e quella inferiore fissa è stato lasciata una distanza libera di 10 mm, in modo da localizzare il piano di taglio. Un immagine, ripresa dall alto, della zona in cui è stato localizzato il taglio per la prova realizzata sul campione Era 3 (profondità del piano di taglio: 0,6 m) viene riportata in Figura 11.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 17/25 Figura 11: Immagine ripresa dall alto della prova di taglio effettuata sul campione Era 3 (profondità del piano di taglio: 0,6 m) La pellicola trasparente, con la quale era stato avvolto il campione di terreno in seguito all apertura della fustella e di cui si è detto precedentemente, è stata rimossa nella parte inferiore, mentre è stata lasciata nella parte superiore, in modo da rendere trascurabili gli attriti tra la parete interna della camicia di acciaio ed il campione di terreno posizionato all interno, durante la realizzazione della prova. Le prove di taglio diretto sono state eseguite fino ad uno spostamento massimo orizzontale pari a circa 35 mm, che rappresenta il limite dell apparecchiatura, imponendo una velocità di taglio di 0,2 mm/min. In questo modo, ogni prova poteva essere condotta in circa 5 ore consentendo di far completamente mobilizzare la resistenza del terreno e delle radici eventualmente presenti. Al termine di ogni prova il campione veniva smontato e veniva effettuata una misura del contenuto d acqua del campione stesso; a questo riguardo, i valori registrati sono risultati compresi tra 25% e 47%. Inizialmente era anche previsto una misura dell area radicata, cioè del rapporto tra l area delle radici e l area della sezione del campione nella zona di taglio; tuttavia tale misura si è rivelata poco significativa in quanto le specie oggetto dell indagine sono di tipo erbaceo e sono dunque caratterizzate da radici molto fini e ramificate ed al termine delle prove di taglio si presentavano strappate o traslate. E stato tuttavia possibile osservare come per tutti i campioni sottoposti a prova la radicazione fosse intensa per la profondità di 0,2 m, mentre a 0,4 e 0,6 m le radici andavano via via diminuendo fino a quasi scomparire, probabilmente per la natura coesiva del terreno che non permette un agevole affondamento all apparato radicale. Nella Figura 12 si riporta l immagine del campione Era 3 (profondità del piano di taglio: 0,6 m) al termine della prova.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 18/25 Figura 12: Termine della prova e smontaggio del campione Era 3 (profondità del piano di taglio: 0,6 m) dall apparecchiatura di prova per il taglio diretto Nel seguito si riportano le curve sforzo di taglio τ - spostamento delle prove effettuate alle tre profondità (z = 0,2, 0,4 e 0,6 m) per i campioni di solo terreno e per quelli contenenti le radici delle quattro specie di graminacee perenni. Come si può notare, solo per i tre campioni contenenti radici di Pangrass è stato possibile presentare tutte le tre curve corrispondenti alle diverse profondità di taglio, a causa dei problemi di putrefazione della materia organica che hanno interessato i campioni di cui si è discusso in precedenza. Osservando le curve sforzo di taglio τ - spostamento, va sottolineato come buona parte di queste presentino un andamento crescente dello sforzo di taglio con lo spostamento fino ad un valore di picco ed in seguito un andamento decrescente. Tale osservazione non vale invece per le prove effettuate su Pan 1 (profondità del piano di taglio: 0,2 m), Pan 2 (profondità del piano di taglio: 0,4 m) e Vet 2 (profondità del piano di taglio: 0,4 m) in cui si ha un andamento crescente fino al raggiungimento del massimo ed in seguito un andamento costante fino al termine dell esecuzione della prova. Va inoltre rilevato che il raggiungimento del valore massimo si verifica in corrispondenza di spostamenti sempre superiori per le prove effettuate sui campioni di terreno radicato rispetto alle prove realizzate sui campioni di solo terreno.
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 19/25 45 40 Sforzo di taglio τ [kpa] 35 30 25 20 15 10 Ter 1 z = 0,2 m Ter 3 z = 0,6 m 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Spostamento [mm] Figura 13: Risultati delle prove di taglio diretto effettuate su campioni indisturbati di solo terreno 45 40 35 Ely 1 z = 0,2 m Ely 2 z = 0,4 m Sforzo di taglio τ [kpa] 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Spostamento [mm] Figura 14: Risultati delle prove di taglio diretto effettuate su campioni indisturbati di terreno contenenti apparato radicale di Elygrass
Rapporto PeC Prove e Componenti Approvato Pag. 20/25 45 40 35 Era 1 z = 0,2 m Era 3 z = 0,6 m Sforzo di taglio τ [kpa] 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Spostamento [mm] Figura 15: Risultati delle prove di taglio diretto effettuate su campioni indisturbati di terreno contenenti apparato radicale di Eragrass 45 Sforzo di taglio τ [kpa] 40 35 30 25 20 15 Pan 1 z = 0,2 m Pan 2 z = 0,4 m Pan 3 z = 0,6 m 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Spostamento [mm] Figura 16: Risultati delle prove di taglio diretto effettuate su campioni indisturbati di terreno contenenti apparato radicale di Pangrass