Caratteristiche delle apparecchiature

CARATTERISTICHE DELLE APPARECCHIATURE

Apparecchiature a carico controllato / a deformazione controllate.

Apparecchiature a drenaggio controllato / a non controllato

La prova edometrica si effettua con apparecchiature a carico controllato e a drenaggio non

controllato. *possibile solo

quando l’acqua che

fuoriesce dal

campione ha un

circuito dedicato

APPARECCHIO DI TAGLIO DIRETTO

Il campione di terreno viene posto all’interno della macchina tra due superfici drenanti.

In sommità viene posta una testa di carico che diffonde il carico verticale applicato dall’esterno.

Il campione di terreno è racchiuso da un telaio rigido (il provino può avere sia forma cilindirca che

parallelepipeda). Il telaio rigido (il provino può avere parte superiore e una parte inferiore, l’una

indipendente dall’altra.

La prova viene svolta imponendo al campione una traslazione della parte inferiore, mentre la parte

superiore rimane ferma. La cella è infatti dotata di carrelli, che le permettono di traslare per mezzo

dell’azione di un motore elettrico.

La parte superiore del telaio rigido è mantenuto fisso da un braccio rigido che è vincolato

rigidamente al telaio stesso.

Allora lungo la sezione di mezzeria si realizza uno schema del tipo in figura, in cui la parte

superiore rimane fissa e la parte inferiore trasla.

Siccome il campione è applicato uno sforzo normale N, sulla sezione di mezzeria ci sarà una

tensione normale σ = N/A, e una tensione tangenziale che il terreno sta sviluppando di canto alla

traslazione imposta.

Sulla sezione di mezzeria σ = N/A e τ = T/A

Dove la forza T è la reazione che l’asta rigida esercita sulla testa del campione ed è uguale e

contraria alla forza che il campione esercita sull’asta rigida.

APPARECCHIATURE DI LABORATORIO Nella Vista esplosa della cella contente il

provino:

- Contenitore separato dalla mezzeria (le

due parti traslano indipendentemente l’una

dall’altra); la parte superiore è connessa ad un

braccio di acciaio a contrasto con gli

spostamenti dell’apparecchio

- A. piastra che favorisce il deflusso

dell’acqua del provino verso il serbatoio;

- B. elemento poroso;

- C. ulteriore griglia su cui viene messo il

provino;

- D. testa di carico

 Sotto il carico imposto

dall’esterno l’acqua drena verso la

superficie inferiore e superiore

seguendo la legge della

consolidazione monodimensionale.

È un flusso monodirezionale

perché lateralmente abbiamo delle

superfici impermeabili

TECNICA ESECUTIVA DELLA PROVA

La prova si svolge in due fasi: la prima fase è la consolidazione, la seconda fase è la fase di taglio.

 PRIMA FASE: CONSOLIDAZIONE

Il carico N viene applicato sulla testa del provino e quini aumenta il livello di tensione totale

normale al provino a gradini (moti). Ogni incremento viene considerato istantaneo. Aumentiamo

quindi il carico e poi lo manteniamo costante per un certo tempo (tempo necessario affinché

l’incremento di carico normale al provino che provoca il fenomeno di consolidazione nel provino

stesso, è sufficiente a completare la consolidazione).

Ad ogni incremento di carico corrisponde una fase di consolidazione.

Arrivati al livello di carico*, il campione avrà aumentato il proprio volume e sarà a livello di

tensione efficace che è pari alla tensione totale applicata.

 SECONDA FASE: RESISTENZA AL TAGLIO

Raggiunto il livello di tensione desiderato effettuiamo la fase di taglio.

La tensione normale viene mantenuta costante e viene imposto una velocità di spostamento

orizzontale lenta per consentire all’acqua di poter drenare.

Le tensioni σ all’interno del campione sono quelle di fine consolidazione: si impone lo spostamento

e si porta il campione a rottura misurando la forza con la cella di carico che divisa per l’area ci dà la

tensione τ che si sviluppa nella prova.

Impongo σ che per il campione, a fine consolidazione è σ; e vado a misurare le τ in funzione dello

spostamento orizzontale.

Abbiamo applicato N e abbiamo lasciato il campione consolidare finché non si esaurisce il

fenomeno. Nel campione ci sarà allora un carico N che ha provocato uno sforzo normale efficace σ’

noto. Nella fase di taglio questa forza viene mantenuta costante; si vuole mobilitare la resistenza al

taglio lungo la mezzeria con tale livello di tensione. Allora si impone lo spostamento al campione e

si misura il valore della forza T che il provino sviluppa per contrasto con il telaio che divisa per

l’area ci dà la tensione tangenziale τ.

In un grafico τ-ϐ h

Rapporto tra l’incremento delle τ e l’incremento di ∆ che non è costante. Inizialmente il materiale è

molto rigido, man mano che il provino si deforma, la rigidezza diminuisce. Vi è poi una zona in cui

all’aumentare del valore dello spostamento, il campione non sviluppa ulteriormente resistenza al

taglio, ma la resistenza al taglio in tal zona può considerarsi sperimentalmente costante.

Il punto x individua la condizione di rottura: il provino perde continuità; si separa in 2 parti che

scorrono l’uno rispetto all’altra, quindi la deformazione può aumentare ulteriormente ma le due

superfici non sviluppano resistenza al taglio. Se prendo un campione dello stesso terreno

consolidato ad una tensione σ’ maggiore, ottengo una curva caratterizzata da una τ maggiore.

Nella fase di taglio 0si impone il livello di tensione di riferimento e le variabili sperimentali sono ϐh

(variabile indipendente, che è nota) e τ (variabile dipendente).

Viene inoltre misurata la ∆V (variazione di volume).

Il valore di σ è noto perché lo sforzo applicato N (prova a carico controllato).

Misuriamo la T e aggiungiamo ad una relazione del tipo τ = τ(σ).

Lo scopo della prova è quindi quella di determinare la relazione esistente tra τ e σ, ossia quella

relazione che ci consente di caratterizzare il terreno dal punto di vista della resistenza al taglio.

Nella prova misuriamo gli spostamenti verticali per mezzo del micrometro, e la forza che ci

consente di determinare lo sforzo tangenziale che si verifica all’interno del provino,

presumibilmente nella sezione di mezzeria.

Il provino è immerso completamente in acqua. La prova è a drenaggio non controllato, perché se il

provino dovesse sviluppare sovrappressioni neutre per il meccanismo di deformazione imposto, il

fenomeno di consolidazione che ne deriva ha come recapito finale il serbatoio intorno che ha uno

stato tensionale idrostatico.

Le pressioni neutre sono piccole (Uw=0). L’acqua entra o esce dal campione liberamente per mezzo

delle pietre porose che sono in comunicazione con il serbatoio. Non abbiamo quindi la possibilità di

controllare il drenaggio.

Abbiamo poi un altro parametro: spostamento orizzontale ϐ che applichiamo al provino.

h

Tale spostamento orizzontale va applicato con criterio: non deve essere applicato molto

velocemente. La velocità con cui il provino viene sottoposto a deformazione deve quindi essere tale

da consentire sempre condizioni drenate per il provino, e quindi di giungere a rottura senza

accumulo di sovrappressioni neutre.

Lo sforzo normale N viene applicato attraverso un telaio su cui vengono messi dei pesi.

Avremo quindi uno sforzo centrale N applicato sulla testa del campione, per cui ci aspettiamo che ci

sia un fenomeno di consolidazione nel momento in cui incrementiamo il carico.

Infatti ogni fase di taglio è conseguente a una fase di consolidazione monodimensionale.

La macchina è poi dotata di un micrometro con cui si misura l’innalzamento o l’abbassamento della

testa del provino.

Vi è poi un anello dinamometrico, ossia un apparecchio che misura la forza, perché di tale quella

conosciamo la costante elastica.

Conoscendo la costante elastica, nel momento in cui l’anello si deforma, conosciamo la forza che lo

ha deformato. Dividendo poi la forza che lo ha deformato per la superficie, otteniamo la τ che

agisce nel provino.

Nella parte sottostante vi è poi un motore che fa traslare la cella.

APPARECCHIO DI TAGLIO TRIASSIALE L’apparecchio di taglio triassiale ci

consente di applicare uno stato tensionale

noto al campione. Tale stato tensionale è

uno stato tensionale principale e possiamo

fare riferimento alla conoscenza degli stati

tensionali che derivano dalla direzione dei

cerchi di MOHR.

Abbiamo poi in tale apparecchiatura un

circuito dedicato per l’acqua interstiziale.

Il campione è generalmente di forma

cilindrica. A seconda delle dimensioni dei

grani che formano il terreno, si sceglie la

dimensione del campione.

Il campione è posto su una base rigida

(piedistallo), e alla testa e alla base sono

presenti due elementi porosi (piastre) che consentono la fuoriuscita dell’acqua dal campione verso il

circuito di drenaggio che è chiuso. In tale circuito di drenaggio ci sono due tubicini collegati uno

alla testa e uno alla base del campione, e sono in collegamento tra loro cono uno strumento

chiamato TRASDUTTORE di PRESSIONE, che permette quindi di misurare la pressione

dell’acqua. A valle del trasduttore di pressione è posto un rubinetto che consente di chiudere o

aprire il circuito in maniera tale per permettere o impedire il flusso dell’acqua.

Vi è poi uno strumento ulteriore detto VOLUMOMETRO che misura il volume di acqua che

fuoriesce ed entra nel campione. Il volumometro è un contenitore chiuso in cui si impone un valore

della pressione dell’aria Ua, dalla parte superiore; all’interno vi è una parte rigida con delle

guarnizioni. Nella parte superiore vi è quindi una CAMERA D’ARIA che viene portata a pressione

nota; nella parte inferiore simmetricamente vi è acqua.

Nel momento in cui l’acqua entra nella camera d’aria, sposta verso l’alto la parte rigida; tale

spostamento viene misurato con trasduttore di spostamento verticale.

Dalla misura dello spostamento verticale effettuata dal volumometro, riusciamo a risalire alla

variazione di volume all’interno della camera.

La presenza del circuito di drenaggio ci consente di poter controllare le condizioni di drenaggio con

cui portiamo a rottura il campione. Il rubinetto ci consente di aprire il passaggio all’acqua verso il

volumometro. Se il rubinetto è chiuso, il circuito è pieno d’acqua, tutto alla stessa pressione, se il

provino è sollecitato a cambiare il proprio volume, non può farlo perché l’acqua è incomprimibile.

Essendo il provino saturo, la variazione di volume del provino corrispondereb