Test di carico puntuale

Per gli scopi di questo lavoro, si è scelto di utilizzare una prova di tipo monoassiale per la quale però, a differenza di quanto avviene nelle prove monoassiali classiche, non è necessario preparare e sagomare il provino in una forma geometrica regolare (cilindrica).

Tale prova è il Test di Carico Puntuale (“Point Load Strength Test”) e consiste nel comprimere un campione di roccia, posizionato tra due punte coniche comandate da un sistema idraulico a pressione, fino a provocarne la rottura.

Lo strumento utilizzato per questa prova è un Point Load Strength Tester della Tecnotest (ved. Foto 4.8) che fornisce in analogico il carico di rottura (“Peak load”, carico di picco) espresso in decaNewton (daN), cioè il valore della forza che, applicata ad un campione di roccia lungo la verticale tra le due punte coniche, è sufficiente a romperlo secondo una frattura passante per detta verticale.

Per ricavare l’Indice di Point Load (Is) si è utilizzato un nomogramma

sul quale i valori restituiti dallo strumento, trasformati in kN, sono stati correlati alla distanza D (diametro) tra le punte coniche all’inizio di ogni prova (vedi Fig. 4.9).

Figura 4.9 - Nomogramma per il calcolo dell’Indice di Point Load Esempio ο—o: D = 41,5 mm; P = 4,00 kN
IS = 2,3 MN/m

2

(Broch & Franklin, 1972)

L’indice Is è definito anche, sia per campioni di roccia con forme

irregolari sia per spezzoni di carote, come il rapporto tra il carico di rottura (P) e il quadrato della distanza tra i due punti di applicazione della forza (D).

Is = P (KN/cm 2

I risultati della prova sopra descritta sono tuttavia influenzati da due importanti fattori quali la forma e le dimensioni del campione e il suo contenuto in acqua.

In particolare, per rendere confrontabili i risultati ottenuti su campioni aventi diverse dimensioni, è stata utilizzata la “Size Correction Chart” (Carta per la Correzione delle Dimensioni, vedi Fig. 4.10) che consente di ricavare un nuovo valore di Is riferito ad un diametro

standard di 50 mm: Is(50).

Fig. 4.10 - Size Correction Chart: abaco per normalizzare l’indice Is, calcolato su un campione

di dimensioni note, nell’indice standard Is50 (Broch & Franklin, 1972)

Per quanto riguarda il contenuto d’acqua invece, poichè esso influenza sensibilmente il valore di resistenza (scostamenti del valore di Is anche

del 100%), le prove sono state effettuate su campioni a contenuto d’acqua naturale.

Come detto in precedenza, tramite l’Indice di Point Load corretto si può empiricamente risalire al valore di σc (resistenza a compressione

monoassiale) applicando la seguente relazione: σc = 24 · Is(50)

Essa non è altro che l’equazione della retta teorica sul grafico Point Load Test / Martello di Schmidt.

In realtà, relazionando sul grafico i valori del σc trovati con il Martello

di Schmidt e i rispettivi valori del carico di rottura ricavati dal Point Load Test, difficilmente si trovano dei punti che ricadono sulla retta di correlazione con equazione y = 24 x (vedi Fig. 4.11).

C. orient.s0 D(mm) P(daN) P(kN) Is(MN/m 2

) Is(50) M/m Is(50)m perp Is(50)m par σc(Mpa)

111 perpend. 43 1082 10,8 5,6 5,25 112 perpend. 42 1254 12,5 6,75 6,15 121 parall. 60 535 5,35 2,1 2,3 131 perpend. 67 1287 12,9 2,8 3,15 132 perpend. 67 865 8,65 1,8 2,1 133 perpend. 70 521 5,21 1,05 1,23 m 141 parall. 38 500 5 3,4 3 142 parall. 39 234 2,34 1,4 1,22 m 143 parall. 38 581 5,81 3,9 3,35 M 151 perpend. 38 565 5,65 3,8 3,25 152 perpend. 34 827 8,27 6,9 5,45 161 perpend. 44 955 9,55 4,8 4,5 162 perpend. 40 1390 13,9 8,2 7,1 M 4,2642857 2,65 73,5 211 perpend. 52 1843 18,4 6,5 6,65 212 parall. 42 1256 12,6 6,75 6,15 213 perpend. 62 866 8,66 2,1 2,35 m 214 parall. 25 248 2,48 3,8 2,55 m

215 perpend. 45 1221 12,2 6 5,7 221 perpend. 49 1008 10,1 4,4 4,2 231 parall. 28 980 9,8 12 7,85 M 232 perpend. 39 1117 11,2 7 6,15 241 perpend. 49 1880 18,8 7,5 7,3 M 242 parall. 41 1237 12,4 7 6,2 243 parall. 47 1107 11,1 4,9 4,75 251 perpend. 58 1231 12,3 3,5 3,8 5,3 5,7 140,6 311 perpend. 35 1601 16 12,5 11,3 M 312 perpend. 32 875 8,75 8 6 321 perpend. 35 1251 12,5 10 7,65 322 perpend. 34 886 8,86 7,25 5,7 m 331 perpend. 30 1384 13,8 14,5 10 7,8833333 X 50 411 perpend. 88 178 1,78 0,22 X 412 perpend. 90 104 1,04 0,13 X 421 parall. 60 357 3,57 0,95 1,05 m 422 parall. 35 189 1,89 1,45 1,2 431 parall. 37 610 6,1 4,3 3,75 441 parall. 36 675 6,75 5,1 4,2 M 451 parall. 25 305 3,05 4,7 3,15 461 parall. 39 472 4,72 3 2,7 471 perpend. 73 189 1,89 0,35 0,4 0,4 2,7 27,5 511 parall. 57 1496 15 4,3 4,65 512 parall. 60 2165 21,7 5,5 6,1 513 parall. 70 770 7,7 1,5 1,75 521 perpend. 58 678 6,78 1,9 2,1 531 parall. 25 946 9,46 15 8,75 2,1 5,375 107 611 perpend. 33 721 7,21 6,5 5,25 621 perpend. 84 1936 19,4 2,6 3,15 622 perpend. 84 760 7,6 1,05 1,28 m 623 perpend. 84 1539 15,4 2 2,55 631 perpend. 58 1459 14,6 4,2 4,54 632 perpend. 47 1776 17,8 7,5 7,25 M 641 perpend. 33 826 8,26 7,5 5,85 642 perpend. 24 1011 10,1 20 X 643 perpend. 35 444 4,44 3,5 2,9 651 perpend. 40 902 9,02 5,5 4,85 4,1557143 X 125

Tabella 4.4 - Dati relativi al Point Load Test

Nella tabella qui sopra riportata sono presenti nell’ordine i seguenti campi:

- C. = numero della prova di carico.

La prima cifra simboleggia l’affioramento da cui il campione è stato prelevato; la seconda rappresenta il campione; la terza

indica il numero del test effettuato su ogni singolo campione iniziale. I campioni sono raggruppati per affioramento.

- orient.s0 = orientazione reciproca tra la linea di azione della forza

(verticale delle punte) e la superficie di strato. - D = distanza tra le punte prima della prova, cioè spessore del campione, in millimetri.

- P (daN) = carico di rottura, cioè forza sufficiente a rompere il campione, in decaNewton.

- P (kN) = carico di rottura convertito in kiloNewton (PkN = PdaN · 1/100).

- Is (MN/m 2

) = Indice di Point Load in MegaNewton/metro quadrato.

- Is(50) = Is riferito ad un diametro standard di 50 millimetri.

- M/m = valori massimo e minimo dell’Is(50) relativi a campioni

dello stesso affioramento; essi non sono stati usati per calcolare i valori medi dell’Is(50).

- Is(50)m perp/par = valori medi dell’Is(50) misurati sia

perpendicolarmente (in rosso) sia parallelamente (in blu) alla s0.

- σc = resistenza a compressione monoassiale, calcolata col martello di

Schmidt e corretta tenendo conto della densità della roccia.

Alcuni test, anche se sono stati effettuati, non hanno consentito di determinare il valore dell’Is(50); nella fattispecie, non è stato possibile

inserire nel grafico Point load/sclerometro le prove 411 e 412, e la prova 642, in quanto le prime due hanno fornito valori di Is troppo

bassi, e la terza è stata effettuata su un campione con diametro di 24 mm.

I relativi valori non rientrano, infatti, nelle scale utilizzate nel grafico (vedi Fig. 4.10), ma sono state comunque riportate nell’elenco per completezza.

I valori degli Is(50) medi e dei σc sono stati inseriti nel grafico

Point Load / sclerometro (vedi Fig. 4.11) ottenendo così la seguente dispersione di punti:

Grafico Point Load / Martello di Schmidt

4,26 2,65 7,88 5,3 5,7 4,16 0,4 2,7 2,1 5,375 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Is(50)m (MN/m2) R es is te n za a c o m p re ss io n e m o n o as si al e (M P a) 1 = ACC1.perp 1 = ACC1.paral 3 = ACC3.perp 2 = MACa.perp 2 = MACa.paral 6 = MAC.perp 4 = ARB.perp 4 = ARB.paral 5 = CGV.perp 5 = CGV.paral y=24x

Figura 4.11 - Correlazione tra Indice di Point Load [Is(50)m] e resistenza a compressione monoassiale [σc]

Dal grafico si nota che la retta teorica di equazione y = 24 x biseca all’incirca i segmenti che uniscono i punti di uguale colore, relativi alla stessa stazione geomeccanica; ciò conferma la bontà dei rilevamenti e dei test di laboratorio eseguiti.

Nel caso del Macigno (MAC) e delle Argille e calcari di Canetolo (ACC 3), avendo a disposizione solo valori dell’Indice di rimbalzo (prova sclerometrica) perpendicolari alla superficie di strato, manca questa evidenza.

Analizzando il grafico nel dettaglio, si nota che ACC1 e ACC3 sono caratterizzati, come era logico aspettarsi, da una resistenza a compressione monoassiale simile ed entrambi presentano un valore dell’Is(50)m.perp superiore a quello dell’Is(50)m.par, cioè hanno una maggiore resistenza al carico puntuale perpendicolarmente alla stratificazione.

Tutte le altre litologie, invece, sviluppano una maggiore resistenza al carico puntuale parallelamente alla stratificazione.

Il litotipo i cui valori si avvicinano maggiormente alla retta teorica y = 24 x sono le Arenarie Zonate (MACa), che presentano anche

l’indice di rimbalzo più elevato (140,6 MPa).

4.5 CLASSIFICAZIONE GEOMECCANICA