Prove di classificazione
Apertura dei campioni indisturbati. I campioni indisturbati da sottoporre a prova, contraddistinti dalla sigla del sondaggio, dal numero progressivo e dalla profondità, sono stati aperti con estrusione orizzontale; successivamente è stata eseguita la descrizione geotecnica del terreno secondo la normativa AGI (1977); in particolare sono state descritte le principali caratteristiche quali dimensioni, omogeneità, colore, presenza di intrusioni e/o di materia organica. Sul campione inoltre sono state effettuate stime della resistenza al taglio in condizioni non drenate utilizzando scissometro e penetrometro tascabili.
Determinazione del contenuto d’acqua (w). La determinazione è stata eseguita secondo la norma CNR-UNI 10008, ricorrendo all’essiccamento in forno alla temperatura costante di 105° fino al raggiungimento del peso costante.
Determinazione del peso di volume umido (γ). La determinazione è stata effettuata mediante la misura delle dimensioni e del peso del terreno contenuto in una fustella di dimensioni regolari.
Determinazione del peso specifico dei costituenti solidi (γs). La prova è stata eseguita secondo la norma CNR-UNI 10010, che prevede l’utilizzo di un campione di terreno finemente polverizzato introdotto in un picnometro riempito di acqua distillata.
Determinazione del limite di liquidità (wl) e di plasticità (wp). Le prove sono state eseguite secondo la norma CNR-UNI 10014 sul terreno passante al vaglio n. 40 ASTM (0.425 mm). Per il limite di liquidità sono state eseguite tre determinazioni utilizzando il cucchiaio di Casagrande; per il limite plastico sono state fatte cinque determinazioni operando su cilindretti di terreno di diametro pari a 3 mm e rullati con le mani finché non appaiono le screpolature. Il risultato finale è dato, in entrambi i casi, dai rispettivi valori medi. E’ inoltre fornito il valore dell’indice di plasticità (Ip) e la classificazione USCS del terreno, ottenuta utilizzando la carta di plasticità di Casagrande ed i risultati dell’analisi granulometrica.
Analisi granulometrica. La prova è stata eseguita secondo le “Raccomandazioni sulle prove geotecniche di laboratorio”, AGI (1994), determinando la distribuzione percentuale in peso dei grani secondo le loro dimensioni, diagrammando i risultati nel caratteristico piano semilogaritmico. Generalmente si preferisce l’analisi granulometrica effettuata sul materiale preparato per via umida, cioè provvedendo ad un lavaggio (preventivo alla setacciatura) del materiale essiccato e pesato, che sarà nuovamente essiccato prima di effettuare la vagliatura finale. Nell’analisi granulometrica sono stati utilizzati vagli tarati della serie ASTM.
La descrizione del terreno è stata eseguita sulla base della terminologia e dei criteri riportati nelle “Raccomandazioni per l’esecuzione e la interpretazione delle indagini geotecniche”, AGI (1977), punto 4.2.
Prove per la caratterizzazione del terreno in campo statico
Prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL).
La prova edometrica riproduce in laboratorio il comportamento del terreno sottoposto ad incrementi di pressione in condizioni di deformazioni laterali impedite. Nell’ambito delle prove a carico controllato è stata effettuata quella ad incrementi di carico.
Apparecchiatura. La prova è stata eseguita utilizzando l’apparecchio edometrico di Bishop a fulcro fisso e caricamento posteriore, creando, con l’aggiunta di pesi calibrati, degli incrementi di carico applicati ad un provino di sezione circolare avente diametro pari a 71 mm e altezza di 20 mm. La massima pressione verticale raggiungibile è pari a circa 3200 kPa.
Modalità di esecuzione.La prova è stata eseguita secondo le “Raccomandazioni sulle prove geotecniche di laboratorio”, AGI (1994). Utilizzando l’anello edometrico il provino di terreno è preparato mediante fustellazione e successivamente inserito all’interno della cella edometrica, posizionando in corrispondenza di ciascuna delle sue estremità una pietra porosa coperta da un disco di carta filtro, per evitare eventuali intasamenti dei pori della pietra stessa. E’ stato applicato il primo carico previsto dal programma sperimentale di prova, aggiungendo in cella acqua demineralizzata solo dopo avere raggiunto il carico al quale il provino manifesta la chiara tendenza alla compressione. Ciascun carico è stato mantenuto per 24 h rilevando le variazioni dell’altezza del provino (in corrispondenza dei fine-settimana il carico è stato mantenuto per 72 h). Gli incrementi di pressione verticale sono stati applicati in progressione geometrica. La sequenza degli incrementi di carico adottata secondo la procedura standard è stata la seguente: 25, 50, 99 198, 396, 793, 1586, 3172 kPa. La sequenza dei decrementi ha seguito la regola 1:4 e quindi: 793, 198, 50 kPa.
Prove per la caratterizzazione del terreno in campo dinamico
Prova di taglio torsionale ciclico (TTC) e di colonna risonante(CR).
Tali prove consentono di determinare principalmente:
• il modulo di taglio iniziale G0 a piccoli livelli deformativi;
• la legge di decadimento del modulo di taglio, G, con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ; • l’andamento del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ. Il procedimento di colonna risonante opera in alta frequenza (maggiore di 10 Hz), mentre la modalità di taglio torsionale ciclico opera in bassa frequenza (minore di 2 Hz).
Apparecchiatura.
L’apparecchiatura utilizzata (la stessa per entrambe le modalità di prova) è quella di Stokoe del tipo “fixed-free” dove la base del provino è fissa e la testa è libera di ruotare torsionalmente, essendo infatti eccitata da un motore torsionale fissatovi direttamente. Tale motore, fornito dalla Ditta SBEL (Arizona, USA), utilizza quattro magneti permanenti e quattro coppie di avvolgimenti (bobine) ed è capace di fornire una coppia torcente massima pari a circa a 1.1 N m. Per eseguire la prova in modalità di TTC sono utilizzati anche una coppia di trasduttori di spostamento di non contatto posizionati in corrispondenza della testa del provino, che consentono di misurare direttamente l’angolo di torsione del provino eccitato. Tali trasduttori (KAMAN, modello KD-2300-2S) hanno sensibilità pari a 0.5 micron ed una corsa di 2.5 mm. Fanno poi parte dell’apparecchiatura una catena accelerometrica con accelerometro piezoelettrico (Columbia), un oscilloscopio (Tektronix), un generatore di funzioni programmabili Philips (sono state utilizzate onde di tipo sinusoidale), un multimetro (Fluke), un amplificatore di potenza (Hp), un frequenzimetro (Fluke), un misuratore di spostamenti verticali LVDT (Schaevitz), un acquisitore dati (4 canali, Yokogawa).
Modalità di esecuzione.
Il provino di terreno da analizzare (diametro 38.1 mm, altezza 76.2 mm) è stato preventivamente saturato utilizzando la procedura di back pressare fino al raggiungimento di valori del parametro B di Skempton soddisfacenti, quindi sottoposto a consolidazione isotropa fino a circa il valore della pressione litostatica, che è stata raggiunta con modalità multistage.
La prova di colonna risonante è stata eseguita sullo stesso provino di terreno già assoggettato alla prova di taglio torsionale ciclico, dopo un intervallo di 24 ore a drenaggio aperto. Le due prove sono state eseguite a drenaggio chiuso e svolte continuativamente senza soste intermedie.
In modalità standard la prova TTC ha previsto l’esecuzione di sei determinazioni di G e D a valori di deformazioni crescenti ma non particolarmente elevati, così da conservare una certa integrità al
provino che deve essere successivamente assoggettato alla prova di CR. Quest’ultima è invece proseguita fino a valori di deformazione possibili, compatibilmente con la massima potenza erogabile dall’apparecchiatura.
Per valutare gli effetti del degrado del materiale si è misurato il valore del modulo iniziale a piccole deformazioni subito prima e subito dopo la prova di TTC ed immediatamente dopo la fine della prova CR.
Nella prova CR l’ampiezza della sollecitazione torsionale è preventivamente fissata e la frequenza è variata di volta in volta. La condizione di risonanza è stata verificata osservando un fuori fase di 90° fra azione eccitante e forze inerziali, componendo sull’oscilloscopio la coppia eccitatrice e l’output dell’accelerometro (che dà luogo ad una configurazione ellittica). Il valore della frequenza di risonanza e dell’accelerazione indotta sono stati utilizzati per il calcolo del modulo di taglio e delle deformazioni. Lo smorzamento è stato determinato con il procedimento del decremento logaritmico delle oscillazioni libere.
Nella prova TTC la sollecitazione torsionale ha una frequenza prefissata e costante (nella fattispecie è stata posta pari a 0.5 Hz), mentre l’ampiezza è variata di volta in volta. I valori della deformazione γ sono determinati a partire dalle misure di spostamento dei trasduttori di non contatto; i valori dello sforzo τ del provino sono determinati attraverso la misura della tensione di sollecitazione delle bobine.
Dalla misura sia della pendenza sia dell’area dei cicli sforzi-deformazione sul piano τ-γ, sono stati ricavati direttamente i valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D.
Per ogni livello di sollecitazione (step) sono stati applicati al campione 28 cicli di carico. La deformazione a taglio si riferisce al valore in semplice ampiezza.