Prova triassiale UU

La prova triassiale è una prova di laboratorio che consente di simulare gli stati tensionali e riprodurre le condizioni di drenaggio del terreno.

Fig.1 – Triaxial test apparatus: A) Pannello triassiale di controllo e distribuzione delle pressioni; B) Sistema di celle triassiali

Generalità sulle prove triassiali

La prova triassiale viene eseguita su tre provini di forma cilindrica, campionati accuratamente e provenienti da un campione indisturbato di terreno (qualità di prelievo Q5). Il campione viene prelevato a pressione in fustella in acciaio e sigillato con paraffina al fine di preservare quanto più possibile le condizioni in situ.

I provini di terreno di forma cilindrica vengono avvolti da una membrana impermeabile e posti all’interno della cella triassiale, successivamente verrà introdotta dell’acqua alla quale verrà applicata una pressione prestabilita e differente per ogni cella.

Fig.2 – Provini alloggiati all’interno delle celle triassiali

Nell’apparecchiatura triassiale, nel caso di prove CU e CD, è presente un tubicino di drenaggio (posizionato nella parte superiore del provino e collegato al setto poroso basale) che consente di:

applicare all’acqua che riempie i pori del terreno la pressione interstiziale (u) desiderata;
controllare l’acqua in entrata (aumento del volume d’acqua nei pori) e in uscita nel provino (espulsione d’acqua, riduzione di volume dei pori)

Attraverso un altro tubo dell’apparecchiatura connesso al provino è possibile calcolare la pressione interstiziale del campione.

Nel caso di prove UU il drenaggio all’interno del provino è impedito.

Ogni tipologia di prova ha metodologie, procedure, tempi, risultati e costi differenti.

Fig.3 – Dettaglio apparecchiatura per prove di compressione triassiale: A) Cella triassiale e valvole di drenaggio e pressione; B) Base su cui poggiare il sistema dischi-provino ; C) Disco poroso

Tipi di prove

Le prove triassiali si distinguono in:

Unconsolidated Undrained (UU) Test: prova NON consolidata-NON drenata
Consolidated Undrained (CU) Test: consolidata-NON drenata
Consolidated Drained (CD) Test: consolidata-drenata

Per tutte e tre le tipologie di prove si distinguono due fasi:

Prima fase: applicazione di una pressione isotropa (σ1=σ2=σ3, uguale intensità in tutte le direzioni), consentendo o meno il drenaggio;
Seconda fase: applicazione di tensioni tangenziali fino alla rottura con aumento della pressione verticale

In questo articolo verrà posta particolare attenzione sulla prima prova: NON consolidata-NON drenata (UU).

Unconsolidated Undrained (UU) Test

In questa tipologia di prova viene impedito il drenaggio sia nella prima fase che in quella di applicazione del carico verticale.

La prima fase consiste nel chiudere i sistemi di drenaggio e si applica una pressione isotropa di cella (il fluido viene portato ad un valore assegnato di pressione totale σc). Se il provino è saturo, in assenza di drenaggio, il volume non varia e tutta la tensione isotropa viene trasmessa al fluido interstiziale (le tensioni efficaci nel terreno non subiranno variazioni).

Cosa è possibile osservare nella prima fase?

- L’incremento della pressione interstiziale Δu

Successivamente, nella seconda fase si ha la compressione assiale (la pressione radiale σ3 rimane costante, uguale alla pressione di cella σc) in cui viene imposto appunto uno sforzo “deviatorico”. Il provino saturo, anche in questo caso, non subirà variazioni di volume.

Cosa è possibile osservare/misurare nella seconda fase?

- variazione dell’altezza del provino ΔH nel tempo
- forza assiale N esercitata dal pistone sul provino (Fig.4)

Fig.4 – kN-Time diagram

La prova si dichiara conclusa al raggiungimento della rottura del provino (Fig.5), evidenziata da un decremento delle resistenze alla rottura (fragile o plastica) oppure quando la deformazione/rigonfiamento supera il 20% dell’altezza del provino.
Le misure effettuate durante la seconda fase e poi fino al raggiungimento della fase di rottura consentono di calcolare l’incremento di tensione verticale totale Δσ1 e la deformazione assiale ε_v.

Fig.5 – Provini portati a rottura

Tempi e applicazioni delle prove

Tempi

Questa tipologia di prova non consolidata-non drenata risulta estremamente rapida in quanto non è presente la fase preliminare di consolidazione. Inoltre, la fase di rottura avviene in condizioni non drenate e, pertanto, avviene in tempi rapidi.

Applicazioni

La prova simula il comportamento di un terreno sollecitato in tempi rapidi impedendo così il consolidamento del terreno stesso e, soprattutto. la dissipazione delle pressioni interstiziali.

Per quali terreni?

Terreni a grana fine e coesivi

Grafici e Parametri ottenibili dalla prova UU

Fig.6 – Grafici ottenuti dalla prova triassiale UU

Una volta calcolate le tensioni principali totali (assiali σ1 e radiali σ3), a fine consolidazione (σ3=σc) e a rottura (σ1f=σc+(σ1 – σ3)) si possono costruire i cerchi di Mohr.
Come visto in precedenza, la prova viene effettuata su un numero di tre provini appartenenti allo stesso campione e per ciascuna prova viene tracciato il cerchio di Mohr (in corrispondenza del carico massimo) e l’inviluppo di rottura (tangente alle tre circonferenze, in questo caso è una retta orizzontale).

Fig.7 – Inviluppo di rottura di una prova UU. L’intercetta con l’asse delle ordinate rappresenta la resistenza al taglio non drenata cu.

Dalla prova UU si ottiene un parametro importante: la coesione in condizioni non drenate c_u. Il valore di coesione non drenata c_u si calcola come il raggio del cerchio di Mohr a rottura:

c_u=(σ1-σ3)/2

Normativa

ASTM D2850
UNI CEN ISO/TS 17892-8

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