Appunti geotecnica parte 2

Prova edometrica e comprimibilità dei terreni (11)

Caratterizzazione meccanica dei terreni

La caratterizzazione meccanica dei terreni in sito può essere effettuata con:

• Prove di laboratorio su provini estratti da campioni indisturbati, esclusivamente per terreni campionabili (terreni a grana fine)
• Prove in sito, per terreni a grana grossa e per terreni a grana fine (limitatamente ad alcune proprietà)

Tratterremo di prove di laboratorio con doppia finalità:

• Illustrazione delle tecniche sperimentali
• Descrizione del comportamento meccanico dei terreni

Prove di laboratorio

Nell’ambito del corso, presenteremo tre apparecchiature di laboratorio per l’esecuzione di prove finalizzate alla determinazione del comportamento meccanico:

• Edometro: per l’esecuzione di prove in regime di deformazione uniaxiale
• Taglio diretto: per la determinazione dei parametri di resistenza (in condizioni drenate)
• Apparecchio di compressione triaxiale: per la determinazione delle caratteristiche di resistenza (CD e CND) e per la caratterizzazione in termini di deformabilità

Edometro e prova edometrica

Importanza della prova edometrica in Geotecnica

Con questo meccanismo di deposizione, il terreno si deforma con

quindi in condizioni di deformazione uniaxiale (edometriche)

Le piastre porose servono per far drenare l'acqua

Dimensioni del provino nell’edometro

Da equilibrio alla traslazione verticale:

Per ridurre la differenza tra le tensioni superiori e inferiori, conviene utilizzare provini larghi e bassi

Generalmente: H = 20 mm e D =50-56 mm

Sistema di applicazione del carico in prova edometrica

Rapporto di leva = 10/1 ÷ 15/1 (Il rapporto tra il braccio della leva e dell'edometro è 10)

Sequenza di carichi usuale

• Carico
• 40
• 80
• 150
• 300
• 600
• 1200
• 2500
• Scarico
• -60
• -220
• -900
• -3800

Allo scarico il terreno è molto più rigido perchè il provino NON torna alle condizioni iniziali

Durata dell’applicazione dei carichi e letture accorciamenti

Sequenza letture tempo

• 6” 20’
• 12” 1 h
• 24” 2 h
• 1’ 4 h
• 2’ 8 h
• 5’ 24 h
• 10’

Ogni carico (o scarico) è applicato per 24 h. Fanno eccezione i primi carichi che potranno essere applicati per una durata inferiore. Le letture degli accorciamenti si fanno con sequenza geometrica.

Variazione dello stato tensionale all’atto dell’applicazione dei primi carichi

Stato tensionale del provino prima della prova

Stato tensionale su superfici superiore e inferiore del provino a inizio prova

Un provino che dall’esterno sembra scarico in realtà non lo è, in quanto è soggetto a pressioni interne.

Se dall’esterno lo sta caricando dall’interno non sappiamo cosa succede.

Condizioni correnti

Retta vergine

Che significato ha la retta vergine?Sospendiamo un attimo la presentazione dell'interpretazione della prova edometrica e facciamo un passo indietro alla formazione del sottosuolo.

Meccanismo semplificato di formazione del sottosuolo

In considerazione del vincolo sullo stato deformativo

la prova edometrica condotta su provini inizialmente a elevati contenuti di acqua (w = 1,5 wL), può simulare il meccanismo di formazione del sottosuolo.

Formazione del sottosuolo

Il terreno si dice «normalmente consolidato» se il suo stato è rappresentato da un punto della retta vergine; si dice «sovraconsolidato» se è al di sotto di tale retta.

Retta vergine e curva di scarico-carico

Non è possibile superare la retta vergineSi può schematizzare il comportamento come elasto-plastico incrudente perchè la tensione di snervamento sta crescendo.

Terzaghi, 1923

Ipotesi:

• Cond. unidir.

  N_z è la velocità di filtrazione dell'acqua dovuta al fatto che la pressione all'interno del provino è maggiore di quella esterna e quindi essendo che l'acqua fluisce da quote piezometricra maggiori a minori, avremo che l'acqua fluisce dal provino verso l'esterno.

  La differenza _dVw tra l’acqua che esce e entra nell’elementino, nel tempo dt, è pari a:

• legge di Darcy
• k = cost (ipotesi forte) a parità di granulometria k dipende dalla prosità

sostituendo

• Piccole deformazioni
• Fase solida incompressibile
• Acqua incompressibile
• Mezzo saturo

La variazione di volume dell’elementino nel tempo dt sarà

E quindi:

Incognite:

h_z=h_z(z,t)

e_z=e_z(z,t)

Appplicando l'equazione del flusso si sarebbe arrivati allo stesso risultato:

Definizione coefficiente di permeabilità

Si può ricavare

E_d = ^Δδz/_δw, 2 H

da c_v e E_d si può ricavare k:

k = ^{c_v x γ_w}/_Ed

Per terreni a grana fine il coefficiente di permeabilità lo ricavo dalla curva di consolidazione

Considerazioni su decorso dei cedimenti nel tempo

Ricordando la definizione di T, si possono ricavare i tempi per un certo grado di consolidazione Um

t = ^{T x H²}/_cv

Quindi, se H si raddoppiasse, i tempi si quadruplicherebbero; se H si decuplicasse, i tempi crescerebbero di un fattore pari a 100

Consideriamo un terreno

Se il carico è esteso posso considerare gli strati in condizioni idrometriche

La presenza di strati drenanti cambia i tempi di consolidazione

Perchè si fa la prova di compressione idrometrica?

• Per determinare i parametri di comprimibilità del terreno: c_v, k, σ'_z
• Parametri legati alla consolidazione
• Storia tensionalе