Test con la scatola di taglio diretto

Seo et al. (2007) hanno condotto uno studio focalizzato a determinare l’influenza dell’umidità sulla resistenza al taglio tra geomembrane e geotessuti. Hanno svolto una serie di test utilizzando un dispositivo di taglio diretto di grandi dimensioni (300 mm x 300 mm) capace di misurare la resistenza al taglio di picco e quella residua per uno spostamento di 80 mm. Per simulare le condizioni bagnate i geosintetici sono stati sommersi per la durata di un giorno prima di cominciare con lo svolgimento delle prove. I test di attrito sono stati condotti per cinque differenti valori di sollecitazione normale compresi in un intervallo tra 6 kPa e 154 kPa. Di seguito sono riportati i risultati dei test svolti da Seo et al. per le interfacce geomembrana liscia – geotessuto non tessuto

(GT/S-106

GM) e le interfacce geomembrana ruvida – geotessuto non tessuto (GT/T-GM) sotto condizioni asciutte e bagnate.

In Fig. 7.8 sono presentate le tipiche relazioni sforzo di taglio – spostamento per le interfacce analizzate con un carico normale di 100 kPa. Si osserva un comportamento non lineare, soprattutto per le interfacce GT/T-GM. La resistenza al taglio di picco delle interfacce con la geomembrana liscia (GT/S-GM) diminuisce se in condizioni bagnate, mentre nel caso delle interfacce con la geomembrana ruvida (GT/T-GM) in condizioni bagnate si ha un incremento di resistenza al taglio per un valore di sollecitazione al taglio di 100 kPa. Tuttavia, queste variazioni causate dalla presenza di acqua nelle interfacce esaminate non sono identiche per tutti i valori di sollecitazione normale testati.

Fig. 7.8. Relazione tra sollecitazione di taglio e spostamento per interfacce geotessuto – geomembrana con

un carico normale di 100 kPa. (Seo et al._2007)

Il grafico della resistenza al taglio di interfaccia in funzione del valore di sollecitazione normale è riportato in Fig. 7.9. Gli inviluppi di rottura, assunti approssimativamente lineari, sono stati definiti utilizzando il criterio di rottura di Mohr-Coulomb (Cap. 2.3). Per le interfacce GT/S-GM l’angolo di attrito di picco e quello residuo diminuiscono di circa 1° in caso si bagni l’interfaccia. Invece, nel caso di interfacce GT/T-GM bagnate, l’adesione intercetta diminuisce al contrario dell’angolo di attrito che aumenta. In Fig. 7.9

107

si può vedere che la resistenza al taglio delle interfacce GT/T-GM in condizioni bagnate supera la resistenza in condizioni asciutte a partire da un certo valore di sollecitazione normale (qui circa 50 kPa). Questo indica che l’acqua nelle interfacce GT/T-GM può funzionare da anti-lubrificante per alti valori di sollecitazione normale (≥ 50 kPa). Una possibile alternativa consiste nel fatto che l’acqua assorbita dalle fibre di geotessuto può rendere le fibre più flessibili e più capaci di afferrare la superficie della geomembrana ruvida all’aumentare della sollecitazione normale.

Fig. 7.9. Inviluppi di rottura per la resistenza al taglio di picco. (Seo et al._2007)

La riduzione di resistenza post-picco (Fig.7.8) è predominante nelle interfacce di molti sistemi di contenimento di rifiuti composti da materiali geosintetici. In modo da identificare l’entità della riduzione di resistenza al taglio si può considerare per ogni interfaccia il “rapporto di resistenza”, cioè il rapporto tra la resistenza residua e quella di picco. È noto che la riduzione di resistenza all’aumentare dello spostamento è dovuta alla lucidatura dei geosintetici, alla rottura dei geosintetici e all’orientamento delle particelle di terreno per le interfacce geotessuto – terreno. In Fig. 7.10 è rappresentato l’andamento del rapporto di resistenza in funzione del valore di sollecitazione normale. Inoltre in tabella 7.1 sono riportato i valori medi dei rapporti di resistenza.

108

Fig. 7.10. Rapporti di resistenza: residual strength / peak strength. (Seo et al._2007)

Tab. 7.1. Valori medi dei rapporti di resistenza. (Seo et al._2007)

Anche se le interfacce GT/T-GM mostrano una maggiore riduzione di resistenza rispetto alle interfacce GT/S-GM, non è stata trovata alcuna chiara relazione tra il valore di sollecitazione normale e la riduzione di resistenza al taglio e non è stato notato alcun effetto consistente dell’umidità sulla riduzione di resistenza. Per le interfacce GT/T-GM la riduzione di resistenza per uno spostamento di 80 mm risulta inoltre piuttosto mitigata dalla presenza di acqua nell’interfaccia.

L’analisi dell’influenza del livello di sollecitazione normale sul comportamento di attrito per le interfacce di geosintetici studiate da Seo et al. (2007), già trattata nel Cap.

109

7.2, ha mostrato come l’angolo di attrito “peak secant friction angle” si riduce in presenza di acqua su qualsiasi interfaccia, eccetto per le interfacce geomembrana ruvida – geotessuto non tessuto (GT/T-GM) (Fig. 7.3).

7.3.2.1. Confronto con ulteriori studi

Yegian & Lahlaf (1992) hanno condotto test statici e dinamici (20.3 cm x 30.5 cm) per valutare la resistenza al taglio di interfaccia tra geotessuti e geomembrane lisce (GT/S-GM) in condizioni asciutte e in condizioni bagnate. Gli angoli di attrito determinati in condizioni bagnate sono risultati consistentemente inferiori di circa 1÷2° rispetto ai risultati ottenuti in condizioni asciutte, coerentemente con i risultati ottenuti da Seo et al. (2007). Il coefficiente di attrito dinamico di picco in condizioni bagnate è risultato leggermente inferiore di 0.6° rispetto a quello in condizioni asciutte.

Ellithy & Gabr (2001) hanno esaminato l’effetto della presenza di acqua sulla resistenza al taglio di interfaccia per le interfacce geotessuto – geomembrana ruvida (GT/T-GM). Essi hanno svolto una serie di test di taglio diretto per un intervallo di carico normale compreso tra 25 kPa e 500 kPa e hanno trovato che in condizioni bagnate l’adesione intercetta diminuisce mentre l’angolo di attrito aumenta. Questa variazione coincide molto bene con i risultati ottenuti da Seo et al. (2007). Ellithy & Gabr hanno affermato che sia l’adesione intercetta che l’angolo di attrito sono affetti dalla presenza di acqua nell’interfaccia e che la resistenza al taglio di interfaccia aumenta di circa il 73% se si bagna l’interfaccia soggetta ad un carico normale di 250 kPa. Tuttavia, la resistenza al taglio di interfaccia potrebbe diminuire per bassi valori di sollecitazione normale a causa della riduzione dell’adesione intercetta. Ellithy & Gabr hanno ipotizzato che la presenza di acqua nell’interfaccia tra geosintetici comporta un cambio di comportamento da lubrificante ad anti-lubrificante all’aumentare della sollecitazione normale. Comunque, sono richiesti ulteriori test per spiegare il meccanismo di questo effetto in maggior dettaglio.

Briançon et al. (2002), come già visto nel Cap. 7.3.1, hanno effettuato una serie di test con il piano inclinato, noto per essere più appropriato nei casi di bassi valori di

110

sollecitazione normale, per analizzare l’influenza dell’acqua sui sistemi di rivestimento in materiali geosintetici.

Anche Girard et al. (1990) hanno svolto delle prove con il piano inclinato (1.0 m x 1.0 m) per misurare l’angolo di attrito di interfaccia tra geomembrane in PVC e geotessuti non tessuti. Essi hanno osservato che la presenza di acqua riduce l’angolo di attrito di 2.5° nel caso di interfacce con geomembrane lisce e di 5.0° nel caso di interfacce con geomembrane ruvide. La riduzione dell’angolo di attrito nel caso di interfacce con geomembrane ruvide è coerente con i risultati ottenuti da Seo et al. (2007) per bassi valori di sollecitazione normale.