Esercitazioni: Elaborazioni Prove di Laboratorio e modellazione costitutiva in Flac

Sommario

• PREFAZIONE ............................................................................................................................................. 3
• CAPITOLO 1: METODOLOGIE DI STUDIO ............................................................................................... 3
• 1.1 Analisi granulometrica ...................................................................................................................... 3
• 1.2 Densità ...................................................................................................................................................... 6
• 1.3 Contenuto d’acqua ................................................................................................................................. 6
• 1.4 Caratteristiche fisiche derivate........................................................................................................ 6
• 1.5 Limiti liquido e plastico (di Atterberg) ........................................................................................... 7
• 1.6 Edometria ............................................................................................................................................. 8
• 1.7 Prova di taglio diretto ..................................................................................................................... 11
• 1.8 Prova TX-CIU .................................................................................................................................... 12
• CAPITOLO 2: RISULTATI DELLE PROVE DI LABORATORIO ................................................................. 14
• 2.1 Analisi granulometrica .................................................................................................................... 14
• 2.2 Prova edometrica ............................................................................................................................. 18
• 2.3 Prova di taglio diretto ..................................................................................................................... 23
• 2.4 Prova triassiale consolidata non drenata TX-CIU .................................................................... 25
• CAPITOLO 3: SIMULAZIONE PROVE TX-CIU IN FLAC 7.0 ................................................................. 30
• 3.1 Modello Cam-Clay modificato .................................................................................................... 30
• 3.1.1 Calibrazione ........................................................................................................................... 30
• 3.1.2 Risultato dell’analisi con FLAC 7.0 ................................................................................... 34
• 3.2 Modello CY-SOIL .......................................................................................................................... 37
• 3.2.1 Calibrazione ........................................................................................................................... 37
• 3.2.2. Risultati cy-soil .................................................................................................................... 38

PREFAZIONE

Il lavoro fatto si è sviluppato secondo le seguenti direttrici:

• Approfondimento della conoscenza delle metodologie di analisi, con studio dei presupposti teorici, descrizione della strumentazione nonché delle tecniche di preparazione e sviluppo delle prove, senza trascurare gli aspetti pratici;
• Elaborazione dei dati al fine di produrre una sintesi dei risultati ottenuti, tramite l'uso dei software Excel, Grapher ed Autocad;
• Calibrazione dei parametri costitutivi dei modelli CAM-CLAY MODIFICATO e CV-SOIL attraverso l'interpretazione delle prove di laboratorio elaborate al punto precedente;
• Simulazione delle prove TX-CIU attraverso il software FLAC 7.0, ipotizzando i modelli precedentemente citati e confrontando i risultati con i dati sperimentali, al fine di evidenziare analogie e limiti di tali formulazioni.

CAPITOLO 1: METODOLOGIE DI STUDIO

1.1 Analisi granulometrica

Scopo dell'analisi

Lo scopo dell'analisi granulometrica è la determinazione della distribuzione percentuale per massa dei grani, secondo le dimensioni;

Procedure di laboratorio–Terreno a grana grossa

Si e essiccata in forno una quantità di campione funzione delle dimensioni massime dei grani, al fine di garantirne la rappresentatività. A seconda del tipo di terreno da esaminare, sono state seguite due distinte procedure:

• Terreni grossolani.
1. In presenza di grani superiori ai 2mm in significativa quantità, si e proceduto pesando una quantità di campione di 670g.
2. Il campione e stato passato ai setacci con aperture variabili da 38.1mm a 0.074mm e ne e stato pesato il relativo trattenuto;
3. I dati ottenuti sono stati portati su grafico e sono state disegnate le curve cumulative relative alla setacciatura.
4. Con calcoli di proporzioni, la distribuzione percentuale è stata ricondotta al campione totale di 670g.

V_v = V – V_s

Da questi dati è stato possibile ottenere le seguenti caratteristiche fisiche:

• L’indice dei vuoti è dal rapporto:

e = V_v/V_s

• Il peso di volume secco γd si è ricavato dal rapporto tra il peso secco Ps e il volume del campione V:

γ_d = P_s/V

Tutti questi calcoli possono essere svolti a mano o in un foglio di calcolo MS Excel.

1.5 Limiti liquido e plastico (di Atterberg)

Norme di riferimento: ASTM D427, D4318, D4943

Scopo dell’analisi

Lo scopo delle prove è la determinazione dei limiti liquido e plastico e di altri parametri derivati, tra i quali l’indice di plasticità. Questa analisi permette un’identificazione dei terreni fondamentale negli ambiti dell’ingegneria e delle costruzioni stradali.

Il limite liquido è definibile come il contenuto d’acqua per il quale il campione da esaminare, posto in una coppa di ottone di dimensioni normalizzate, suddiviso in due parti da una lama apposita e fatto rimbalzare da un’altezza di 10cm per 25 volte determina la chiusura del solco per la lunghezza di 13mm.

Il limite plastico è definito come il contenuto d’acqua per cui un bastoncino di campione, portato a diametro di 3mm, inizia a fessurarsi.

Procedure di laboratorio

Limite liquido

• Sono state effettuate quattro prove a diversi contenuti d’acqua per poter disporre di dati sufficienti per calcolare graficamente il contenuto d’acqua ai 25colpi;
• Una certa quantità di campione è stata distribuita all’interno della coppa di ottone;
• Effettuato il solco con l’apposita lama, è stato avviato lo strumento fino al raggiungimento della chiusura di 13mm, appuntando il numero di colpi effettuati.

resistenza al taglio τ sull'asse delle ordinate, è rappresentata da una retta nota come "inviluppo di rottura".

Procedure di laboratorio

Da ogni singolo campione in analisi sono stati preparati tre provini, infiggendo un'apposita fustella quadrata con superficie di 36cm2 e altezza 2cm.

Ogni provino, dopo la pesatura, è stato inserito in una scatola di taglio e lasciato, immerso, in consolidazione direttamente nella macchina di taglio per almeno 24h sotto il carico assiale da utilizzare durante la prova.

I carichi assiali sono stati 1.00, 2.00 e 4.00 kg/cm2 . Dopo le 24h è stato registrato il cedimento avvenuto in fase di consolidazione.

Ogni provino, sempre immerso, è stato sottoposto alla prova di taglio, secondo i parametri stabiliti; nel corso di ogni prova, i dati relativi alla deformazione verticale, alla deformazione orizzontale e agli sforzi di taglio sono stati acquisiti tramite sensori collegati ad un pc.

Al termine della prova, ogni provino è stato estratto dalla scatola, pesato umido, essiccato in forno a 105°C per almeno 24h e poi pesato secco.

Elaborazione dei dati

L'elaborazione dei dati è stata effettuata con excel, ed i risultati sono stati espressi dai grafici relativi a:

• pressione verticale - sforzo di taglio, entrambi in KPa, con la retta di inviluppo di rottura fornendo i valori della coesione in KPa e dell'angolo di resistenza al taglio (o di attrito) in gradi sessagesimali.
• deformazione orizzontale - sforzo di taglio, rispettivamente in mm e KPa.
• deformazione orizzontale - deformazione verticale, rispettivamente in mm e mm/100.

1.8 Prova TX-CIU

Scopo dell'analisi

Lo Scopo della prova TX-CIU è quello di determinare i parametri di resistenza meccanica; Con tale prova è possibile determinare:

• Angolo di resistenza al taglio a stato critico φ'_sc;
• Pendenza della linea a stato critico M_sc /// sul piano degli invarianti q-p';
• Angolo di resistenza al taglio in condizioni di picco φ'_sc;
• Coesione c;

Dalla risultanza delle elaborazioni, una volta individuate le condizioni a stato critico oppure di picco siamo in grado di linearizzare un inviluppo di rottura alla Mohr-Coulomb come già descritto nei paragrafi precedenti.

Procedure di laboratorio