Le prove triassiali sono normalmente eseguite su provini indisturbati di terreni a grana fine. Lo scopo della prova è quello di ottenere parametri di deformabilità e resistenza in condizioni drenate e/o non drenate. L’ apparecchiatura della prova permette di controllare lo sforzo in direzione verticale e radiale.
Figura 22 schema apparecchio triassiale
L’apparecchio triassiale lavora con provini cilindrici che hanno diametro circa la metà dell’altezza. Il provino è posto in una guaina impermeabile e flessibile fissata alle estremità con delle guarnizioni, che lo separa idraulicamente dalla cella. La possibilità di mettere in pressione la cella, permette di caricare il provino con pressioni isotrope che agiscono in tutte le direzioni. Questa pressione isotropa è normalmente chiamata pressione di confinamento della cella. Nella macchina triassiale convenzionale la variazione di sforzo verticale Δσz in aggiunta alla pressione di cella viene fornita da un pistone idraulico controllato elettronicamente, che permette di controllare la forza da imprimere alla parte superiore del provino dotata di uno spessore in metallo detto capitello. L’avanzamento controllato è possibile grazie all’impiego di motori stepper.
Lo sforzo applicato è costantemente misurato da una cella estensimetrica posta esternamente alla cella. Il controllo della pressione dell’acqua interstiziale del provino è possibile mediante un collegamento idraulico con l’esterno. Il campione ed il circuito idraulico sono separati da una pietra porosa che permette il passaggio dell’acqua e fornisce supporto meccanico per gli sforzi di compressione sullo scheletro solido, mentre tra provino e pietra porosa viene interposto un dischetto di carta filtro. Il circuito idraulico uscente, detto drenaggio, ha la possibilità di essere lasciato chiuso oppure aperto.
La prova triassiale può essere preceduta da una fase di consolidazione che richiede i drenaggi aperti, oppure eseguita direttamente. Per quantificare la consolidazione, questa può essere fatta avvenire in modo isotropo o anisotropo. Un esempio di consolidazione anisotropa è quella eseguita a deformazione laterale impedita. Durante la preparazione del provino, prima della consolidazione, viene applicata un’aliquota della pressione totale finale di cella ed una contropressione interstiziale, lo scopo è quello di eliminare le bolle d’aria dal circuito, in quanto essendo fluido comprimibile porterebbe a letture errate di pressione e deformazione associata. L’aumento progressivo della contropressione interstiziale porta al discioglimento in acqua dell’aria presente.
Durante la fase di consolidazione si misurano le tensioni totali, la pressione neutra, la deformazione assiale e la variazione di volume del campione.
Più precisamente:
− Pressione di cella e neutra con trasduttori di pressione
− Forza assiale in aggiunta alla pressione neutra con una cella di carico esterna − Deformazione assiale misurata registrando gli avanzamenti del pistone
idraulico
− Variazione di volume calcolata misurando i volumi di acqua che entrano od escono dal provino.
Dopo le fasi precedenti la prova prosegue con la fase che porta alla rottura, seguendo un percorso di carico dove la σ assiale e radiale possono avere andamenti distinti.
Nella pratica si pone attenzione ai seguenti percorsi di carico: − Compressione per carico: σr costante , σz aumenta − Compressione per scarico: σr diminuisce, σz costante − Estensione per carico: σr aumenta, σz costante − Estensione per scarico: σr costante, σz diminuisce
In cella convenzionale l’unica condizione che è possibile ricreare è la compressione per carico, la quale può essere ricreata sia in condizioni drenate che non.
Il percorso di carico prescelto viene portato avanti fino ad un valore deformativo pari almeno al 10%, in modo da è di raggiungere e superare la resistenza di picco e valutare anche la residua. La sollecitazione viene applicata in condizioni di deformazione controllata oppure in condizioni di carico controllato. Al massimo
valore dello sforzo deviatorico q= σz- σr corrisponde la resistenza di picco. Durante il percorso di carico verso la rottura si eseguono misurazioni riguardo la variazione della pressione interstiziale in condizioni di rottura non drenata, le deformazioni assiali, le tensioni totali e le variazioni di volume.
Per determinare i parametri di resistenza il percorso di carico viene diagrammato. Per la rappresentazione degli stress path nel piano t-s, solitamente viene sottratta la pressione dell’acqua al valore s rendendo più semplice la rappresentazione e più agevole l’individuazione dei parametri a ed α.
Le prove eseguibili:
− CID Prova Consolidata in modo Isotropo e Drenata. Il punto di partenza dello stress path giace sull’asse delle ascisse grazie alla consolidazione, in queste condizioni gli sforzi di taglio sono nulli (carico isotropo o sferico). In una prova drenata l’incremento di carico viene eseguito a drenaggi aperti, facendo attenzione che la velocità di avanzamento sia sufficientemente bassa da garantire il liberarsi delle sovrappressioni dai drenaggi. L’andamento tipico del percorso di carico è una retta inclinata di 45 gradi. − CK0D Prova Consolidata in modo Edometrico drenata. Durante lo
svolgimento della prova vengono impedite le deformazioni laterali.
− CIU e CK0U Prove consolidate in modo Edometrico, non Drenate. Si
differenziano dalle precedenti perché portate a rottura a drenaggi chiusi. Ciò determina che durante l’applicazione del carico si abbia un incremento delle pressioni interstiziali.
− UU Prova non Consolidata non Drenata. I drenaggi sono mantenuti chiusi sempre, pertanto i provini non sono consolidati e non hanno avuto modo di smaltire le sovrappressioni neutre a rottura. Ne consegue che l’inviluppo di rottura rappresenterà una condizione non drenata e anche se in ogni prova viene cambiata la tensione totale, essa va ad influire sulle pressioni interstiziali. Per questo motivo la condizione dei vari provini è rappresentata da cerchi di Mohr con pressioni totali diverse, ma pressioni efficaci coincidenti.