4 Caratterizzazione litotecnica
Un ammasso roccioso è una struttura non continua in quanto composta da blocchi di roccia separati dalle discontinuità che ne condizionano il comportamento cinematico e meccanico.
Per definizione le discontinuità sono superfici con caratteristiche meccaniche (resistenza, deformabilità, etc...) molto più scadenti di quelle della matrice rocciosa (Berti, 1998).
Una discontinuità può essere di tipo primario se riflette i fattori genetici della stratificazione e strutture sedimentarie o secondario nel caso prenda origine da fenomeni post genetici come alterazione, tettonica e raffreddamento.
Per classificare un ammasso roccioso in cui si riconoscono i principali litotipi che lo costituiscono, si studiano le condizioni geomeccaniche della roccia (struttura, alterazione, resistenza) e le condizioni geomeccaniche delle discontinuità (caratteristiche geometriche e meccaniche, riempimento, umidità).
L'indagine può avere un approccio soggettivo o oggettivo.
Nel caso oggettivo vengono descritte tutte le discontinuità che intersecano l'affioramento roccioso; viene utilizzato quando i set di discontinuità sono poco chiari.
L'approccio soggettivo, scelto per questo studio, prevede la descrizione soltanto di quelle discontinuità significative ai fini del problema e si applica quando i set di discontinuità sono ben riconoscibili.
Le discontinuità tra loro parallele sono state raggruppate in un'unica famiglia e in seguito ne sono state descritte le caratteristiche secondo i seguenti parametri:
1- orientazione 2- spaziatura
3- continuità (persistenza) 4- scabrezza
5- resistenza delle pareti 6- apertura
7- riempimento 8- filtrazione d'acqua 9- numero di sistemi
Le proprietà delle discontinuità sono state considerate secondo le raccomandazioni ISRM 1993.
Alcuni parametri, come l'orientazione, spaziatura, scabrezza, resistenza pareti e riempimenti, hanno un peso maggiore nella cinematica di stabilità, resistenza meccanica e deformabilità.
Orientazione:
L'orientazione esprime la posizione della discontinuità nello spazio.
La giacitura di una discontinuità è determinata dalla coppia di valori dati dalla dip direction (da 0° a 360°), ossia la direzione di immersione misurata in senso orario rispetto al Nord; e dalla Dip (da 0° a 90°), rappresentata dalla linea di maggiore pendenza misurata rispetto all'orizzontale (fig. 4.1).
L'orientamento influenza in modo determinante le condizioni di stabilità dell'ammasso roccioso ed i rapporti tra le giaciture delle famiglie determinano la forma dei blocchi.
Spaziatura:
La spaziatura è la distanza tra le discontinuità adiacenti parallele delle stessa famiglia misurata ortogonalmente alle superfici.
La misura viene eseguita lungo uno stendimento di almeno 3 m mediante un'asta graduata e lungo questa si calcola la distribuzione media delle discontinuità.
Dal valore di spaziatura si ricava l'indice Jv (Volumetric joint count), cioè la somma del numero di giunti in un metro cubo per ciascun set di joint tramite la formula
Jv=1/S1 + 1/S2...+ 1/Sn
Fig.4.1 Metodo Dip direction/ Dip per misurare la giacitura di un piano.
Con Jv si definisce il tipo di ammasso secondo la tabella :
(D'Amato, 2006)
In sintesi, più i sistemi di discontinuità sono ravvicinati e più la coesione della massa sarà bassa, viceversa si creano condizioni di interdipendenza tra i blocchi.
Inoltre questa regola varia in base alla persistenza delle singole discontinuità.
Continuità o persistenza:
La persistenza è la profondità di penetrazione di una discontinuità nell'ammasso.
Può essere espressa in percentuale con il rapporto tra area che separa le due pareti di un blocco e l'area totale del piano che contiene la discontinuità.
Se la persistenza è minore del 25% la resistenza al taglio dell'ammasso roccioso, se è maggiore dell'80%, il comportamento è condizionato dalla resistenza al taglio lungo le discontinuità.
In genere per facilitare la misurazione viene espressa come la lunghezza della discontinuità sul fronte risultando una valida approssimazione.
I valori misurati vengono confrontati con quelli dello schema proposto dall'ISRM 1993: Molto bassa < 1m Bassa 1-3 m Media 3-10 m Alta 10-20 m Molto alta > 20m
Il grado di persistenza nell'ammasso roccioso riflette la possibilità con cui la roccia può avere un cedimento strutturale, come nel caso in cui le discontinuità proseguono tra i blocchi adiacenti senza estinguersi incontrando altre discontinuità.
Rugosità o scabrezza:
E' uno dei fattori che condiziona maggiormente la resistenza al taglio della discontinuità ed è rappresentato dalle irregolarità e ondulazioni presenti sulla superficie delle discontinuità rispetto al suo piano medio.
La rugosità può essere caratterizzata da ondulazione a grande scala o rugosità a piccola scala.
Il primo caso si misura con aste metriche (2 m), mentre il secondo si rileva con il pettine ed i profili di Barton (fig. 4.2).
Fig. 4.2 Profili standard di Barton. Ad ogni profilo corrisponde un intervallo di valori del coefficiente JRC (Joint Roughness Coefficient) (D'Amato, 2006).
Resistenza delle pareti:
La resistenza a compressione delle pareti di una discontinuità rappresenta lo stato di alterazione della massa rocciosa vicino alla superficie.
L'esposizione agli agenti atmosferici altera maggiormente le superfici delle discontinuità piuttosto che l'interno del blocco, per cui influisce sulla resistenza delle loro pareti.
In base al clima l'azione degli agenti atmosferici causa la disgregazione meccanica e la decomposizione chimica in quantità differenti.
L'alterazione meccanica amplia le discontinuità e ne produce delle nuove, mentre l'alterazione chimica produce una decolorazione della roccia, decompone i minerali sialici in minerali argillosi e provoca la dissoluzione nelle rocce carbonatiche e saline.
Nella classificazione di Beniawski si assume come resistenza delle pareti la resistenza a compressione uniassale della roccia intatta che costituisce la parete dell'ammasso, misurabile con prove in situ (Martello di Schmidt o sclerometro) o in laboratorio (Point load test).
Nel nostro caso sono stati utilizzati entrambi.
Nel caso dello sclerometro sono state usate le dovute correzioni nel caso in cui lo strumento non venga usato su superfici verticali; mentre per il Point load test sono stati usati campioni di roccia tagliati a cubi di circa 5x5x5 cm.
Alterazione:
L'alterazione dell'ammasso roccioso viene descritta distintamente per ogni sistema di discontinuità ed è indicata secondo ISRM dai vari gradi
I fresca
II leggermente alterata III moderatamente alterata IV fortemente alterata V Completamente alterata VI suolo residuale
Apertura o ampiezza:
Viene definita come la distanza che separa le pareti di una discontinuità misurata ortogonalmente.
Lo spazio può essere senza un riempimento (apertura) o ocuupata da materiale (ampiezza); inoltre l'ISRM 1993 distingue le discontinuità in 3 categorie:
Chiuse <0,1 mm (molto stretta) 0,1- 0,25 mm (stretta)
0,25-2,5mm (parzialmente aperta) Semi-aperte 0,5-2,5 mm (aperta)
2,5-10 mm (moderatamente larga) >10 mm (larga)
Aperte 1-10 cm (molto larga)
10-100 cm (estremamente larga) >1 m (cavernosa)
Mentre Beniawski (1989) propone: 0 mm
<0,1 mm 0,1-1 mm 1-5 mm >5 mm
In generale le aperture misurate sulla roccia esposta sono più larghe di quelle interne alla massa rocciosa.
Riempimento:
Il riempimento è il materiale che separa le pareti rocciose di una discontinuità, di solito è meno resistente della roccia e può essere costituito da sabbia, limo, argilla, quarzo, calcite, breccia o milonite.
Le caratteristiche meccaniche lungo le discontinuità sono molto influenzate dal tipo di riempimento, infatti se l'ampiezza delle asperità delle pareti è minore della misura dell'apertura, la resistenza al taglio coincide con quella del materiale del riempimento; se l'apertura non supera l'ampiezza della rugosità, la resistenza al taglio è intermedia tra quella delle pareti e del riempimento.
Anche la deformabilità e la permeabilità dipendono dal materiale di riempimento, per cui è importante indicare il grado di umidità.
Filtrazione:
La filtrazione è il flusso d'acqua o l'umidità abbondante sia nella discontinuità che nella massa rocciosa.
Si parla di permeabilità primaria quando è presente una filtrazione tra i pori, mentre si dice secondaria quando il flusso attraversa le discontinuità. La filtrazione si stima in due casi: per discontinuità non riempite e per discontinuità riempite (D'Amato, 2006) (fig. 4.3).
Fig. 4.3 Nella tabella a sinistra: grado di filtrazione per discontinuità senza riempimento, mentre nella tabella a destra: grado di filtrazione per discontinuità con riempimento. (D'Amato, 2006 da Canuti et al., 1992)
per Bieniawski (1989): completamente asciutto umido bagnato gocciolante a flusso
Numero di sistemi di discontinuità:
Definisce l'insieme dei sistemi presenti nella massa rocciosa.
Più il numero di sistemi di discontinuità è alto e più il comportamento meccanico e l'aspetto esterno viene modificato, aumentando l'instabilità attraverso fenomeni di ribaltamento, rotazioni e flusso.
Dimensione dei blocchi:
L'orientazione dei sistemi di discontinuità e la loro intersezione determinano la formazione di blocchi di roccia che compongono l'intero ammasso roccioso.
La dimensione e la forma dei blocchi dipendono dalla spaziatura, persistenza e numero di sistemi di discontinuità:
di conseguenza si possono avere geometrie a cubi, romboedri, tetraedri, lastre.
Quando i blocchi sono di grandi dimensioni la massa rocciosa di appartenenza ha minore tendenza a deformarsi ma può assumere movimenti di scivolamento e ribaltamento; mentre riducendo la dimensione si raggiungono comportamenti simili a quelli di un terreno con cedimenti lungo superfici circolari.
Anche la dimensione dei blocchi può essere espressa dall'indice volumetrico delle discontinuità Jv (numero di discontinuità in 1 mc) secondo la seguente tabella :
(D'Amato, 2006 da Canuti et al., 1992)
4.1 Caratterizzazione delle famiglie di discontinuità
Al fine di determinare la classe di qualità dell'ammasso roccioso utilizzando la classificazione geomeccanica di Bieniawski, si caratterizzano i sistemi di discontinuità in base ai parametri precedentemente illustrati. Di seguito si riassumono i parametri misurati per ogni sistema di discontinuità in ciascuna stazione di misura del fronte di cava.
Famiglia A:
Questa famiglia si ritrova nelle due aree laterali (ovest ed est) dell'ammasso roccioso ed è facilmente visibile nelle porzioni più alte e soggette all'alterazione con ampiezza delle aperture che talvolta raggiungono i 5 cm. In questi punti, nello spazio di separazione, si riscontra la presenza di materiale di riempimento sabbioso e leggermente argilloso, trasportato dal dilavamento delle acque meteoriche e proveniente dalla zona retrostante la cava.
La spaziatura tra le discontinuità si aggira intorno ai 50 cm causando con l'intersezione degli altri sistemi ortogonali la formazione di blocchi a forma di parallelepipedo.
Le discontinuità hanno una persistenza media tra 3-10 m, superfici lisce e poco alterate.
Le giaciture di questa famiglia misurano circa 190/60 nella stazione 1, mentre nella stazione 3 misurano 140/40.
Fig. 4.4a Le linee gialle evidenziano le intersezioni tra le discontinuità della famiglia A ed il fronte di cava.
Fig. 4.4b Poli dei piani di discontinuità della famiglia A (35 misure).
Fig. 4.4c
Principali addensamenti (countouring) dei poli della famiglia A.
Famiglia B (S0):
Nella formazione del calcare massiccio si notano dei sistemi di discontinuità subparalleli e molto frequenti. La loro distanza oscilla con regolarità tra 5 e 10 cm suddividendo l'ammasso roccioso in porzioni tabulari pervasive e fitte che riflettono gli originali piani di stratificazione S0.
Le giaciture medie misurate variano: 300/25 nelle stazioni 1a e 1b
315/20 e 310/30 nella stazione 2 320/26 nella stazione 3
Questa famiglia di discontinuità presenta lo stesso grado di persistenza (alta) e rugosità JRC (poco rugosa) in tutto l'ammasso roccioso, anche l'apertura assume valori costanti in tutto il fronte di cava con misure inferiori ad 1mm e assenza di riempimento.
Fig. 4.5a Le linee gialle evidenziano le intersezioni tra le discontinuità della famiglia B ed il fronte di cava.
Fig. 4.5b Poli dei piani di discontinuità della famiglia B (38 misure).
Fig. 4.5c
Principali addensamenti (countouring) dei poli della famiglia B.
Famiglia C:
Questo sistema è chiaramente visibile in tutto l'ammasso roccioso in quanto è quasi sempre ortogonale al fronte di cava.
Si presenta estremamente regolare e pervasivo; soprattutto nella stazione 1 ci sono fasce in cui la distanza tra le discontinuità è costantemente decimetrica.
La separazione è poco aperta (massimo 1 cm) e le superfici variano dalla stazione 1 alla 2 da rugosa a poco rugosa.
Pertanto si formano blocchi di forma quasi tabulare i cui spazi di separazione non presentano riempimenti significativi e le superfici sono poco alterate.
Le giaciture variano da 020/75 della stazione1 a 100/70 e 060/65 della stazione 2 e 050/60 della stazione 3.
Fig. 4.6a Le linee gialle evidenziano le intersezioni tra le discontinuità della famiglia C ed il fronte di cava.
Fig. 4.6b Poli dei piani di discontinuità della famiglia C (48 misure).
Fig. 4.6c
Principali addensamenti (countouring) dei poli della famiglia C.
Famiglia D (f):
Alla famiglia D corrisponde un set di discontinuità che nelle tre stazioni di misura si presentano a franapoggio seguendo un certo parallelismo con le giaciture dei principali specchi di faglia misurabili nella cava.
Osservando lateralmente il profilo del fronte si notano superfici di frattura piane, subparallele e con una frequenza di una ogni 1-2 metri.
Considerando la forte corrispondenza tra le misure degli specchi di faglia (190/80, 210/90) e le giaciture delle discontinuità (180/80, 200/60) si può ipotizzare una relazione tra fenomeni tettonici e sistemi preferenziali di fratturazione.
In seguito al coinvolgimento dell'ammasso roccioso nelle dinamiche delle deformazioni rigide distensive, in tempi più recenti (vista la freschezza di alcune superfici di discontinuità) si può ipotizzare la formazione di una fratturazione di assestamento persistente nelle porzioni comprese tra i piani paralleli delle faglie.
In seguito, tale fenomeno potrebbe essere stato alimentato dai rilasci tensionali innescati dall'asportazione della roccia al piede del fronte di cava durante l'attività estrattiva.
Questo sistema è caratterizzato da aperture talvolta superiori ai 5 cm, superfici lisce e riempimento costituito da frammenti di roccia e deposizioni carbonatiche per la percolazione di fluidi nelle fratture.
Fig. 4.7a Le linee gialle evidenziano le intersezioni tra le discontinuità della famiglia D ed il fronte di cava.
Fig. 4.7b Poli dei piani di discontinuità della famiglia D (22 misure).
Famiglia E:
Questa famiglia presente in tutte le tre stazioni di misura, è costituita da discontinuità subpersistenti con spaziatura poco superiore ai 50 cm ed una separazione compresa tra 1 e 10 cm, spesso riempita da frammenti di roccia.
Ovunque le superfici di questo sistema risultano molto rugose, con profilo a scalini e caratterizzate da una scarsa alterazione come debole colorazione rossastra.
L'intersezione con gli altri sistemi di discontinuità produce blocchi a forma di parallelepipedo e nella stazione 3 a forma tabulare.
Le giaciture di queste discontinuità (55 misure) sono comprese tra i valori 280/70 (stazione 1), 290/60 (stazione 2) e 290/70 (stazione 3).
La media tra le tre stazioni è una giacitura 288/66.
Fig. 4.7c
Principali addensamenti (countouring) dei poli della famiglia D.
Fig. 4.8a Le linee gialle evidenziano le intersezioni tra le discontinuità della famiglia E ed il fronte di cava.
Fig. 4.8b Poli dei piani di discontinuità della famiglia E (55 misure).
Tutte le quattro famiglie di discontinuità presentate possono essere interessate da diversi gradi di umidità in base al periodo di rilevamento e pertanto il contenuto d'acqua presente nelle fratture vuote o riempite dipende solo dalla piovosità; al contrario in assenza di precipitazioni atmosferiche risultano completamente asciutte.
Per questo motivo si esclude la presenza di acque di falde interne all'ammasso roccioso, le quali invece si trovano attualmente fuori dall'area del fronte di cava.
Nel nostro caso le discontinuità analizzate nelle tre stazioni hanno definito i seguenti indici Jv: A B (So) C D(f) E Jv stazione1a 40,3 37,2 40,3 40,6 40,6 Jv stazione1b 40,3 37,2 40,3 40,6 40,6 Jv stazione 2 / 39,3 40,6 40,6 44 Jv stazione 3 39,6 36,3 40,9 / 41,5
4.2 Resistenza a compressione
Altri parametri fondamentali per la classificazione dell'ammasso roccioso sono i dati ricavati dalle prove di resistenza a compressione tramite sclerometro (Martello di Schmidt) e Point load test.
Fig. 4.8c
Principali addensamenti (countouring) dei poli della famiglia E.
4.3 Sclerometro (Martello di Schmidt)
La prova sclerometrica sviluppata da Schmidt (1951) è un metodo indiretto e non distruttivo che misura la “durezza di rimbalzo”, ossia la durezza superficiale.
Lo sclerometro di tipo N, a differenza del tipo L, ha una dispersione dei valori dell'indice di rimbalzo R meno sensibile alle anisotropie ma più sensibile all'allentamento della roccia.
Essendo uno strumento portatile misura in situ l'indice di rimbalzo di una massa interna allo strumento, la quale è legata ad una molla pretensionata che rilascia la propria energia (0,225 Kg/m) nell'impatto con la superficie rocciosa.
Fig. 4.9 Lo sclerometro o Martello di Schmidt di tipo N è indicato per le litologie più resistenti, nel nostro caso è stato utilizzato sul calcare massiccio (Tecnotest, 2004).
La misura viene effettuata ponendo l'asta dello sclerometro contro la superficie rocciosa fino a farla rientrare completamente nello strumento. Con tale procedimento si carica la molla la quale, raggiunto il punto di massima compressione, sgancia la massa che trasmette l'urto alla superficie rocciosa tramite l'asta interna.
Durante il rimbalzo la massa trascina un indicatore o massimo indicando un valore di riferimento sulla scala dell'indice di rimbalzo R.
Per ricavare la resistenza a compressione uniassiale apparente
σ
c , sipuò utilizzare la relazione di Deere & Miller (1966):
dove g è il peso di volume in KN/mc ed R è l'indice di rimbalzo.
Oppure la curva di correlazione sperimentale (fig. 4.10) in cui in ascisse si trova l'indice di rimbalzo R ed in ordinate la resistenza a compressione
σ
c(in Mpa). Il diagramma è attraversato diagonalmente dalle rette passanti dall'origine che rappresentano i principali valori di densità delle rocce (in KN/mc) e dalla curva che lungo l'asse Y rappresenta la dispersione media della resistenza a compressione (in Mpa).
Fig. 4.10 Curva di correlazione sperimentale (Tecnotest, 2004)
Minore è il grado di alterazione della roccia e maggiore sarà la corrispondenza tra il valore di
σ
c ottenuto con lo sclerometro e quello calcolato dalla prova monoassiale del Point load test.Durante la misurazione con il Martello di Schmidt occorre tenere presente l'effetto che la gravità ha sullo strumento, pertanto occorrono opportune correzioni in base all'inclinazione rispetto all'orizzontale.
Infatti una prova fatta con la punta del percussore rivolta verso l'alto avrà un rimbalzo (e quindi un indice R) più elevato rispetto ad una prova effettuata con un'inclinazione verso il basso.
Per tali correzioni si fa riferimento alla tabella sottostante da cui si estrae il valore del fattore correttivo da inserire nella relazione:
R corr. = R + Fattore correttivo
La tabella illustra la correzione dell'indicazione dello sclerometro qualora la percussione non venga effettuata orizzontalmente ma inclinata di un angolo Rα (Tecnotest, 2004).
La procedura da adottare nell'uso dello strumento è la seguente:
1- pulizia e raschiatura della superficie rocciosa da testare per eliminare le alterazioni superficiali che alterano il risultato.
2- inclinazione dello strumento ortogonale alla superficie annotando l'angolo compreso con l'orizzontale per apportare le eventuali correzioni 3- la pressione del pistone contro la superficie va esercitata fino ad ottenere lo sgancio del percussore, effettuando la lettura premendo il pulsante laterale in seguito all'impatto.
4.4 Risultati della prova
Vista la resistenza medio-alta del calcare massiccio che costituisce il solo litotipo della zona in esame si è scelto di utilizzare uno sclerometro di tipo N che rispetto al tipo L ha una maggiore energia di impatto.
Una volta suddiviso il fronte di cava nelle stazioni di misura, sono state effettuate 20 prove per ogni stazione, per un totale di 60 misure.
La griglia sottostante riassume il totale degli indici R ottenuti dalle stazioni 1, 2 e 3 e corretti secondo i fattori correttivi illustrati in precedenza :
R Stazione 1 R Stazione 2 R Stazione 3
25 + 2,3 30 30 + 5 30 + 2,3 25 50 + 3 30 + 2,3 55 60 + 3 35 + 2,3 50 – 2,1 50 + 3 30 – 3,9 45 – 2,1 25 + 5 30 – 3,9 55 – 2,1 35 + 5 25 – 3,9 50 – 2,1 30 + 5 35 – 3,9 50 – 2,1 30 + 5 50 55 35 45 30 40 50 30 25 55 35 30 40 60 30 50 60 30 30 55 40 40 60 35 40 – 2,6 60 30 40 – 2,6 50 25 35 – 2,6 55 35 45 – 2,6 55 30
Per ogni stazione è stata così calcolata la media delle misure di R e la deviazione standard, come riportato nella seguente tabella:
Stazione 1 Stazione 2 Stazione 3
R Media 37 48 36
4.5 Point Load Test
Un altro strumento utilizzato per misurare la resistenza a compressione dei campioni di roccia è il Point Load Test.
A differenza del precedente, questo è un metodo diretto e distruttivo dei campioni, inoltre la prova viene preferibilmente eseguita in laboratorio in quanto necessita di un' alimentazione elettrica e di un piano di appoggio stabile ed orizzontale.
La macchina è costituita da un sistema di carico che comprende una pompa idraulica a leva, un martinetto a due punte, un misuratore di carico e un sistema che misura la distanza tra le due punte poste sul campione di roccia con un'accuratezza di 0,5 mm (Tecnotest, 2000).
La distanza tra le punte coniche può essere regolata per accogliere campioni da 25 a 100 mm con forma cilindrica (spezzoni di carota) per i test diametrale e assiale, o a blocchi irregolari per il rispettivo test.
Le punte coniche sono arrotondate e hanno un raggio minimo di 5 mm con un'apertura del cono di 60° (fig. 4.11).
La capacità di carico del martinetto arriva fino a 50 KN con un'accuratezza di+/- 2%.
Nel nostro caso il test viene effettuato su campioni a blocchi irregolari, opportunamente ridotti alle dimensioni cubiche con lato di 50 mm.
Sono stati testati 21 blocchi, ciascuno dei quali è stato inserito tra le punte coniche in posizione centrale, misurata la distanza D e portata a rottura aumentando il carico con la leva della pompa. Il carico di rottura P viene registrato e visualizzato sul display dell'apparecchio e annotato assieme ai dati di misura.
A conclusione di ciascuna prova il tester viene azzerato attraverso l'apposito tasto (2) per non sommare i valori delle misure.
Fig. 4.11 Sezione della punta conica (ISRM, 1994)
I tests sono stati compiuti su campioni con contenuto di acqua naturale corrispondente a condizioni climatiche invernali asciutte, pertanto ci si aspetta una resistenza maggiore del 10-20 % rispetto alle condizioni sature.
Nel caso in cui i campioni siano preparati in blocchi cubici in cui il lato misura circa 5 cm, è possibile stimare l'indice di resistenza point load attraverso la formula:
Is = 0,138 P/(DW)0,75
in cui P è il carico di rottura ottenuto dal point load test, D è lo spessore e
W è la larghezza del provino.
In genere si preferisce riportare l'indice di resistenza secondo la classificazione standard Is (50).
Questo metodo è in realtà una normalizzazione dei valori ottenuti intorno ad un unico valore standard di riferimento (50 mm) che tiene conto di un effetto dimensione del provino secondo un incremento non lineare.
Il procedimento prevede il calcolo dell'area della sezione del provino espressa in mm2:
A = W x D
da inserire nella formula per calcolare il diametro equivalente De
De =w4A / π
utile per calcolare il fattore F
F = w(De / 50)
Infine il fattore F viene moltiplicato all' Is per ottenere l'Is (50)
Esistono anche alcune correlazioni empiriche tra la resistenza calcolata del point load test e la resistenza a compressione uniassiale (UCS), come ad esempio quella espressa dalla retta ricavata dalla relazione (resistenza compressione uniassiale ) (ISRM 1994)
(Uniaxial Compressive Strenght) UCS = 24 x Is (50) in cui 24 è il coefficiente angolare K della retta.
Secondo Palmstrom (1995), il valore di K tende a diminuire per valori bassi di UCS.
Nel nostro caso, visti i valori bassi di Is, è stata utilizzata la seguente tabella:
4.6 Risultati del Point Load Test
La prova è stata eseguita su 21 campioni di forma irregolare ridimensionati a cubetti con lato di circa 5 cm in modo da avvicinarsi maggiormente alle dimensioni standard dettate dall'ISRM 1994 (fig. 4.12).
Vista la difficoltà e pericolosità nell'estrarre i campioni direttamente dalla parete rocciosa, sono stati raccolti ai piedi del fronte di cava quei frammenti roccia che, non presentando particolari segni di alterazione chimica e meccanica, potevano rappresentare le porzioni di roccia con le caratteristiche litotecniche migliori.
Sono stati utilizzati tutti i 21 campioni prelevati, avendo cura di scartare le rotture che hanno prodotto solo scheggiature o porzioni tanto piccole da non considerare valido il test e ripeterlo.
Pertanto nonostante il numero di prove sia maggiore (23), sono stati presi in considerazione 21 risultati utili alla classificazione.
Per ogni campione, prima della rottura, sono state annotate le tre dimensioni (spessore, lunghezza, larghezza).
Inoltre alcuni blocchetti sono stati posizionati tra le punte sia perpendicolarmente che parallelamente ai piani di stratificazione talvolta visibili nel campione, notando che il carico di rottura è minore quando la pressione ha direzione parallela ai piani di stratificazione (campioni 4, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 21).
1 2
Fig. 4.12 Due momenti della prova Point Load Test:
1- il campione posizionato prima del carico, 2- il campione diviso in due dopo il carico.
Questo ultimo aspetto ha messo in evidenza che nel nostro caso esiste un rapporto tra superfici di rottura preferenziali e piccole anisotropie rappresentate dalle eventuali strutture sedimentarie (S0) relitte nella roccia.
4.7 Confronto tra i valori di resistenza a compressione
Tabella riassuntiva delle prove effettuate con il point load test e rispettivi indici ottenuti.
Campione Altezza
cm (D) Lunghezza cm Larghezza cm (W) Carico kN Is MPa Is (50) MPa UCS (MPa)Palmstrom
1 5 5 5 6,65 2,7 2,8 37 2 5,6 4,5 4,8 7,03 2,8 3,0 39 3 4,3 4,2 5,5 5,08 2,2 2,2 30 4 4,9 5 5 2,55 1,0 1,0 14 5 4,3 4 5,8 9,37 3,7 3,9 60 6 5,1 5 5 5,78 2,3 2,4 32 7 5,6 4,2 5,8 7,43 2,3 2,5 32 8 5 5 5 5,22 2,1 2,2 29 9 5 5 5 9,66 3,9 4,0 60 10 4,5 5,6 6 10,07 3,7 4,0 60 11 4,7 5 5 4,45 1,8 1,9 25 12 4,2 5,4 5,7 8,48 3,5 3,7 56 13 5 5 5 1,43 0,6 0,6 8 14 4,8 5 5 3,36 1,3 1,4 19 15 4,5 6,2 6,4 8,35 2,9 3,2 41 16 4,9 5 5 2,63 1,0 1,1 15 17 4,9 5 5 8,22 1,6 1,7 23 18 4,9 5 5 8,22 3,3 3,5 46 19 5,1 5 5 8,36 3,3 3,5 47 20 4,3 5,8 5,7 6,87 2,8 2,9 39 21 4,9 5 5 5,02 2,0 2,1 28
La media degli UCS (Uniaxial Compressive Strenght) ottenuti con il parametro K di Palmstrom ed escludendo i due parametri minimi e massimi risulta 35,2 MPa con deviazione standard di 12,3 MPa.
La seguente tabella illustra i valori di R (corretti) ottenuti dalle prove sclerometriche (sono state scelte 12 misure, 4 per ognuna delle tre stazioni di misura):
R Stazione 1 R Stazione 2 R Stazione 3
31 37 55 25 48 56 50 30 35 38 58 32 media R Stazione 1 = 36 media R Stazione 2 = 43 media R Stazione 3 = 45
Esclusi i due valori minimi e i due massimi sono state calcolate: media R totale= 41
deviazione standard R = 8,99
Per correlare i valori di R ottenuti dalle prove sclerometriche con quelli di UCS (MPa) , sono state scelte le relazioni di Fener et al., 2005 e di Katz et al., 2000.
Inserendo l'indice medio R nella formula di Fener
UCS = 4,24 x e0,059R
si ottiene per lo sclerometro un UCS medio di 47 MPa. Mentre utilizzando la relazione di Katz
UCS = 2,2224 x e0,0667R
il risultato è un UCS medio di 34 MPa.
Riassumendo, con il point load test il valore UCS (Uniaxial Compressive Strenght) medio ottenuto è di 35 MPa, mentre lo sclerometro ha fornito un valore medio UCS rappresentativo di tutto l'ammasso roccioso che scegliendo la relazione di Katz risulta pari a 34 MPa.
Attraverso il confronto tra le prove dirette (point load test) e indirette (sclerometro), si riscontra una certa corrispondenza tra i due tipi di prova. Come atteso, tra i valori medi delle due prove esiste una leggera differenza (0,9 MPa), probabilmente dovuta all'alterazione delle superfici rocciose sottoposte allo sclerometro.
