IP= W
L- W
Pe definisce le possibilità di variazione del contenuto di acqua con il materiale che continua a mantenere un comportamento plastico.
Di seguito vengono riportati, a titolo di esempio, i risultati estrapolati dall’esecuzione della prova su uno dei tre campioni presi in esame.
L.L = 33 % “Limite Liquido” L.P = 19 % “Limite Plastico” I.P = 14 % “Indice di Plasticità”
Infine osservando la carta di plasticità di Casagrande (Figura 4.9) possiamo classificare il sedimento come un Argilla Inorganica (CL).
4.3
Prova Edometrica Standard
4.3.1
Generalità sulla Prova
La prova edometrica consiste nell'applicare un carico verticale ad un provino cilindrico di un terreno saturo, nel nostro caso un campione di sedimento di 50mm di diametro e 20mm di altezza, contenuto lateralmente da un anello rigido, in modo tale da impedire espansione laterale, e compreso tra due piastre porose, in modo da permettere il drenaggio nella sola direzione verticale.
Poiché il terreno è costituito da particelle solide, separate da vuoti intergranulari che possono essere riempiti da acqua e da aria, quando uno strato di terreno viene sottoposto a forze di compressione, come durante l’esecuzione della prova edometrica, il suo volume tende a ridursi attraverso i seguenti meccanismi:
compressione delle particelle solide, compressione dell’acqua intergranulare,
fuoriuscita e allontanamento dell’acqua intergranulare.
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La compressibilità dello scheletro solido, nota con il nome di compressibilità secondaria, è estremamente bassa e può essere trascurata, viene presa in considerazione soltanto per i terreni organici e alcuni tipi argille. Allo stesso modo è da considerare irrilevante la compressibilità dell'acqua. Quindi trascurando questi due fattori, la compressibilità dello scheletro e dell'acqua, la variazione di volume registrata durante la fase di compressione dipende esclusivamente dall'espulsione dell'acqua intergranulare.
Come già detto precedentemente, la prova viene condotta applicando un carico verticale a provino di sedimento, il quale si trasferisce immediatamente e totalmente alla fase liquida, che inizia a filtrare verso le zone non sollecitate con una velocità che dipende dalle caratteristiche di deformabilità e di permeabilità del materiale. A causa dell'espulsione di acqua, il volume degli interstizi si riduce e il carico si trasferisce gradualmente dalla fase liquida allo scheletro solido. Se il terreno fosse costituito da sabbia satura, l'acqua interstiziale uscirebbe molto rapidamente dai pori e la riduzione di volume è praticamente immediata.
Nel nostro caso invece, come dimostrato dalla caratterizzazione dei sedimenti, il terreno in esame è argilloso, quindi la permeabilità è di gran lunga inferiore, il movimento dell'acqua avviene molto lentamente. Ne segue che le variazioni di volume del terreno, conseguenti alla fuoriuscita d'acqua, si sviluppano nel tempo. Questo fenomeno prende il nome di consolidazione.
Quindi l’obbiettivo che ci poniamo nella prova è di determinare il coefficiente di consolidazione Cv e quello di compressibilità mv i quali sono legati alla permeabilità K attraverso la relazione:
=
∗
dove rappresenta la densità dell’acqua. Esprimendo:Cv = cm2/s
= g/cm3
mv = m2/kN
è possibile ottenere il coefficiente di permeabilità:
= 9.81 ∗
∗
∗
*10-4[m/s]
E’ utile ricordare che il coefficiente di consolidazione Cv può essere determinato in due modi: con il metodo di Casagrande (1936) oppure con il metodo di Taylor. Di seguito viene riportato per completezza il metodo di Casagrande.
50
= 0.197 ∗
=
−
2
Dove:H
0 rappresenta l’altezza iniziale del provino;t
50= viene ottenuto dalla curva sperimentale in corrispondenza della lettura relativa al 50%della consolidazione;
Mentre il
d
50 viene fornito dalla seguente relazione:=
+(
)
2
Dove:
(
)
= d
100– d
0rappresenta il cedimento di consolidazione, misurato appunto comedifferenza tra le letture rispettivamente all’inizio e al termine della consolidazione.
Mentre per quanto riguarda la misura del coefficiente di compressibilità si utilizza la seguente equazione:
=
′
Dove rappresenta la variazione della deformazione verticale, mentre ′ la variazione della tensione totale applicata.
4.3.2 Esecuzione della Prova
La prova viene condotta applicando al provino una serie di gradini di carico mantenuto costante per 24 ore, rilevando il cedimento di consolidazione in funzione del tempo.
51
Anello rigido in acciaio inossidabile dotato di bordo tagliente in modo da poter essere utilizzato direttamente come fustella per la preparazione del provino e da due dischi porosi superiore e inferiore.
Cella di contenimento del provino che, riempita d'acqua, evita l'essicamento del materiale di prova e ne permette il rigonfiamento in fase di scarico.
Telaio di carico costituito essenzialmente da un castelletto e da un braccio di leva, atto a distribuire la pressione in maniera uniforme sulla superficie del provino.
Tutto il sistema è completato da micrometri di misura bimillesimali e da una serie di pesi calibrati per l'applicazione del carico.
Il provino, proveniente dal campionamento fatto al porto di Livorno, viene posizionato all’interno della fustella di contenimento avente una dimensione piuttosto ridotta, 50 mm di diametro e altezza circa 20 mm. Poiché ai fini del calcolo occorre la conoscenza di alcuni parametri, come umidità e peso specifico, questi sono stati precedentemente ricavati.
Dopo aver fissato la cella edometrica contenente il provino nella sede dello strumento, viene posizionato il telaio di carico e fissato il comparatore per la misura dei cedimenti. Successivamente sono stati applicati carichi di assestamento a piccoli incrementi, dell’ordine di 1÷5 kPa, fino ad ottenere un leggero cedimento.
Una volta ottenuto l'assestamento del provino, dopo circa 12/24 ore, viene raddoppiata la pressione iniziale raggiunta nella fase di assestamento e si eseguono le misure del cedimento seguendo una progressione geometrica del tempo.
Dopo 24 ore si ripete l'operazione per raddoppiare la pressione applicata e per registrare i cedimenti in funzione del tempo alla nuova pressione applicata. Talvolta è necessario che il tempo di permanenza del carico sia prolungato a 48 ore.
Terminata la fase di carico è possibile procedere con la fase di scarico, mantenendo ciascun gradino per 12 ore e prendendo nota della sola lettura finale di rigonfiamento.