INFLUENZA DEL CARICO NORMALE SUI VALORI DI ATTRITO

Wasti & Özdüzgün (2001) hanno studiato il comportamento a taglio di varie interfacce geomembrana – geotessuto utilizzando come dispositivi il piano inclinato e la scatola di taglio diretto. Hanno svolto una serie di test con la scatola di taglio diretto di dimensioni standard (60 mm x 60 mm) per consentire il confronto dei risultati ottenuti con i test con il piano inclinato (60 mm x 60 mm). Inoltre, hanno condotto vari test con la scatola di taglio diretto di grandi dimensioni (300 mm x 300 mm) per confrontare i risultati con quelli ottenuti con la scatola di taglio diretto di dimensioni standard e con quelli ottenuti con il piano inclinato (300 mm x 300 mm). Le prove con il piano inclinato sono state svolte con un intervallo di carico normale di 5÷50 kPa. Nelle prove con la scatola di taglio diretto il carico normale applicato è di 25÷300 kPa e 110÷400 kPa rispettivamente con la scatola di piccole dimensioni e quella di grandi dimensioni. Le interfacce di geosintetici che Wasti & Özdüzgün hanno analizzato con lo scopo di ottenere un confronto tra i risultati delle varie prove svolte con i diversi dispositivi sono le seguenti:

 S-GM(A)/GT(A): interfaccia composta da una geomembrana liscia in HDPE e da un geotessuto in poliestere;

 R-GM(A)/GT(A): interfaccia composta da una geomembrana ruvida in HDPE e da un geotessuto in poliestere;

Il campo dei valori di sollecitazione normale che è possibile impiegare con il piano inclinato, con la scatola di taglio diretto standard e con quella di grandi dimensioni non sono gli stessi e i valori si sovrappongono solo parzialmente. I parametri di resistenza al taglio di interfaccia c e Ø (rispettivamente l’adesione intercetta e l’angolo di attrito), che sono determinati secondo il criterio di rottura di Mohr-Coulmb, si ottengono dalla retta di regressione lineare dei punti individuati da τ e σ, cioè la resistenza al taglio e la tensione normale agente sull’interfaccia a rottura. Tuttavia, è stato osservato che gli inviluppi di rottura non sono sempre rappresentabili da una linea retta. Infatti, in molti casi l’inviluppo di rottura ha una forma curvilinea, in particolare per bassi valori di sollecitazione normale

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e per le geomembrane ruvide, suggerendo una dipendenza della resistenza al taglio di interfaccia dal livello di sollecitazione normale. Questa caratteristica è stata osservata largamente osservata nei terreni, nei materiali ghiaiosi e in quelli rocciosi. È accettabile utilizzare un inviluppo di rottura lineare per analizzare la stabilità di strutture che contengono interfacce di geosintetici. Tuttavia, i valori di c e Ø devono essere selezionati per l’appropriato campo di sollecitazioni normali poiché la resistenza di interfaccia mostra una dipendenza dal valore di sollecitazione normale.

Gli effetti del livello di sollecitazione normale sui risultati di resistenza al taglio delle interfacce analizzate con i diversi dispositivi sono illustrati in Fig. 7.2. In questa figura il grafico di δf (= Øf) in funzione di σa mostra i risultati ottenuti indipendentemente da ciascuna prova svolta con il piano inclinato o con la scatola di taglio diretto considerando l’incremento del valore di sollecitazione normale σa. Nelle prove con il piano inclinato δf

(uguale a tan-1(τ/σ)) è l’angolo di inclinazione con il quale si verifica l’inizio dello scorrimento e σa è la tensione normale agente sulla interfaccia all’inizio della prova, quando il piano è nella posizione orizzontale. Nel caso delle prove con la scatola di taglio diretto, δf si calcola dal valore di carico normale applicato e dal valore di resistenza al taglio di picco misurata, utilizzando la relazione δf = tan-1(τ/σ) dove σ = σa. In altre parole, la relazione tra δf e σa presente in Fig. 7.2 fornisce la variazione dell’angolo di inclinazione critico per l’interfaccia considerata, valutato con la scatola di taglio diretto e con il piano inclinato come funzione del carico normale applicato nello svolgimento dei test.

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Fig. 7.2. Effetto del livello di sollecitazione normale sui risultati dei test: interfacce geomembrana –

geotessuto. (Wasti & Özdüzgün_2001)

La Fig. 7.2 mostra che l’effetto del valore di tensione normale su δf è molto più pronunciato per le interfacce con geomembrane ruvide. Per l’interfaccia R-GM(A)/GT(A) δf scende di circa 12° e 17° gradi a seconda che σa aumenti da 25 kPa a 300 kPa e da 110 kPa a 400 kPa rispettivamente nei test con la scatola di taglio diretto standard e in quelli con la scatola di taglio diretto di grandi dimensioni. Si può inoltre vedere che la diminuzione di δf è più significativa nel campo di sollecitazioni normali più basse, cioè fino a circa 100 kPa. Nel caso delle prove con il piano inclinato per l’interfaccia R-GM(A)-GT(A) la caduta di δf è di circa 10° all’aumentare di σa da 5.5 kPa a 50 kPa. La variazione di δf è minore nel caso di interfacce con geomembrane lisce in HDPE in entrambi i tipi di test, con una caduta massima di 2÷3°.

Un confronto dei valori di δf ottenuti dai test svolti con il piano inclinato e con la scatola di taglio diretto per l’intervallo di sovrapposizione di bassi valori di sollecitazione normale compreso tra 25 kPa e 50 kPa è inoltre illustrato in Fig. 7.2. Per le interfacce geomembrana ruvida – geotessuto i valori di δf ottenuti con la scatola di taglio diretto sono maggiori di circa 13° rispetto a quelli ottenuti con il piano inclinato. Nel caso,

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invece, delle interfacce con geomembrane lisce la differenza di δf è soltanto di pochi gradi.

L’influenza del livello di sollecitazione normale sul comportamento di attrito per interfacce di geosintetici è stato considerata anche da Seo et al. (2007) nel loro studio focalizzato sull’influenza dell’umidità sulla resistenza al taglio tra geomembrane e geotessuti. Seo et al. hanno svolto una serie di test utilizzando un dispositivo di taglio diretto di grandi dimensioni capace di misurare la resistenza al taglio di picco e quella residua ad 80 mm. Per simulare le condizioni bagnate nello svolgimento delle prove i geosintetici sono stati sommersi per la durata di un giorno.

Fig. 7.3. Effetto del livello di sollecitazione normale sulla resistenza al taglio di interfacce geomembrana –

geotessuto. (Seo et al._2007)

In Fig. 7.3 sono riportati i risultati dei test svolti da Seo et al. per le interfacce geomembrana liscia – geotessuto non tessuto (GT/S-GM) e le interfacce geomembrana ruvida – geotessuto non tessuto (GT/T-GM) sotto condizioni asciutte e bagnate. Il termine “peak secant friction angle” utilizzato da Seo et al. per identificare l’effetto della sollecitazione normale sull’attrito di interfaccia coincide con il valore di δf utilizzato da

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Wasti & Özdüzgün (2001) (Øsecante ≡ δf = tan-1(τ/σ)). Dal grafico si vede che l’angolo di