L’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto è stato sviluppato da A. L. Moss & L. R. Anderson (2000) per determinare la resistenza al taglio di una interfaccia di geosintetici a grandi spostamenti. Una schematizzazione del dispositivo è presentata in Fig. 4.1.
Fig. 4.1. Schema di funzionamento di un Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto. (Moss &
Anderson_2000)
L’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto utilizza un campione di dimensioni 0.3 m x 0.33 m avvolto attorno ad un cilindro di diametro pari a 10.1 cm invece di disporlo su una
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lastra piana come nel caso della scatola di taglio diretto. Uno dei due geosintetici dell’interfaccia da testare, solitamente una geomembrana, viene attaccato sul cilindro rotante interno e l’altro geosintetico dell’interfaccia viene attaccato su una barra di ancoraggio sostenuta dalla base non rotante e dal tappo della macchina. Le interfacce di geosintetici da testare vengono racchiuse all’interno di una sottile membrana in gomma di lattice. La sollecitazione normale viene applicata direttamente sui materiali dell’interfaccia mediante la membrana in gomma di lattice racchiudendo l’apparecchiatura cilindrica all’interno di una camera a pressione cilindrica e pressurizzandola. Lo svolgimento di una prova viene compiuto facendo ruotare il cilindro interno con la geomembrana attaccata su di esso contro il secondo geosintetico della interfaccia tenuto fermo dalla barra di ancoraggio. Durante la prova viene misurata la coppia necessaria a far ruotare il cilindro interno contro il geosintetico stazionario e la rotazione angolare del cilindro rispetto alla barra di ancoraggio. Lo spostamento dovuto al taglio viene calcolato in base all’angolo di rotazione del cilindro (in gradi) e al raggio del cilindro. Un regolatore di velocità e un sistema di trasmissione ad ingranaggi forniscono un ampio intervallo di velocità di taglio mentre un sistema di acquisizione dati automatizzato provvede al monitoraggio della forza normale (pressione della camera), del momento torcente e dello spostamento relativo. La sollecitazione normale viene determinata dal momento torcente necessario per far ruotare il cilindro interno sull’interfaccia di geosintetico in base alla sollecitazione normale fornita dal cilindro pressurizzato. L’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto fornisce una interfaccia di geosintetici continua che può essere testata continuamente a qualsiasi valore di spostamento desiderato senza dover ricorrere ad azzerare i test o ad invertire la direzione di svolgimento della prova necessari con la Scatola di Taglio Diretto (0.3 m x 0.3 m). L’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto segue la stessa normativa ASTM D-5321 (1998) seguita come protocollo per lo svolgimento dei test con la Scatola di Taglio Diretto. Per quanto riguarda il valore della velocità di taglio da utilizzare la ASTM D-5321 raccomanda un valore compreso tra 1 mm/min e 5 mm/min. La differenza principale nell’applicare la normativa ASTM nel caso dell’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto consiste nell’utilizzo di una interfaccia su una superficie curva (cilindrica) continua invece di una lastra piana. Lo svolgimento dei test con il nuovo dispositivo fornisce risultati per valori di spostamento continui e illimitati nella direzione del macchinario, ben al di là dei valori di spostamento limite (7.5÷10 cm) ottenibili con la scatola di taglio diretto. Moss & Anderson hanno condotto dei test con il dispositivo cilindrico su
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specifiche interfacce per valori di spostamento in eccesso fino a 6 m. Testare le interfacce di geosintetici nella direzione del macchinario risulta vantaggioso in quanto l’installazione dei geosintetici sui i pendii in genere comporta una installazione con la direzione del macchinario lungo il pendio.
Per quanto riguarda gli svantaggi, un Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto include una lunga preparazione del campione da testare e la nascita di un problema legato alla rigidezza delle geomembrane a bassi valori di sollecitazione normale nel caso che una geomembrana (HDPE) venga testata come materiale di interfaccia esterno. Infatti, se si svolge un test con una interfaccia geomembrana – geomembrana la geomembrana esterna, che è avvolta attorno al fusto e ancorata lungo il bordo, utilizza un po’ dello sforzo normale applicato sul perimetro esterno del campione cilindrico di geosintetici per vincere la rigidezza della geomembrana stessa. Di conseguenza la sollecitazione normale realmente applicata sulla interfaccia risulta essere inferiore alla sollecitazione normale applicata all’esterno del campione (mediante la membrana in gomma di lattice). Pertanto, questo problema implica una sottostima del valore di resistenza al taglio residuo, tanto più marcata quanto più basso è il valore della sollecitazione normale. Il problema è invece irrilevante per alti valori di sollecitazione normale, per le geomembrane flessibili o per fogli di geomembrana (HDPE) sottili. Un modo per evitare che si presenti questo problema consiste nel fissare il campione in HDPE sulla base del cilindro interno dell’Apparecchio Cilindrico di Taglio Diretto e saldarlo ermeticamente in modo da formare una superficie continua di HDPE sul supporto rigido in alluminio del fusto. È importante far notare che il problema appena esposto di solito non si riscontra nei comuni test di taglio poiché nelle applicazioni pratiche normalmente non si incontrano interfacce geomembrana – geomembrana.
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5. IL PIANO INCLINATO
5.1. INTRODUZIONE
Il piano inclinato è utilizzato per determinare l’attrito tra le interfacce terreno-geosintetico o terreno-geosintetico-terreno-geosintetico, specialmente nel caso di bassa sollecitazione normale.
Il dispositivo per testare le interfacce, illustrato in Fig.5.1, è principalmente composto da:
Un sistema di inclinazione a vite motorizzato.
Una scatola a geometria rettangolare, supportata da un sistema di rotaie fissate sul piano.
Dei sensori collegati ad un registratore di dati controllato da un computer, che forniscono la misura dell’angolo di inclinazione (β) e lo spostamento della scatola (u).
In aggiunta, un sensore di forza montato sulla punta del piano di inclinazione usato per valutare l’attrito residuo (questo dispositivo non è incluso nella procedura standard).
Fig. 5.1. Schema dell’apparecchio di base per la caratterizzazione dell’attrito. (S. Lalarakotoson et