Nell’ambito della progettazione geotecnica in zona sismica, “le indagini di tipo geofisico permettono di valutare le caratteristiche di rigidezza a bassi livelli di deformazione dei terreni; i risultati ottenuti non possono quindi essere utilizzati direttamente nelle verifiche di sicurezza rispetto agli stati limite che prevedano il raggiungimento della resistenza del terreno” (Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici - Circolare 617/2009 – Istruzioni per l’applicazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14.01.2008 - 6.2.2 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA). Nel campo delle procedure di testing avanzato della dinamica dei terreni, quindi, le prove di laboratorio permettono la misurazione locale delle deformazioni e delle tensioni, nonché di imporre deformazioni e percorsi tensionali simili a quelli che si verificano in sito in caso di sisma. In relazione al livello deformativo investigato, le prove dinamiche e cicliche di laboratorio possono essere accorpate in due gruppi principali: prove a livelli deformativi bassi e medi, e prove a livelli deformativi elevati. Nel primo gruppo rientrano le prove di Colonna Risonante (RC) e di Taglio Torsionale Ciclico (TTC). Il secondo gruppo è principalmente rappresentato dalle Prove Triassiali Cicliche (TXC). Gli elementi caratterizzanti i due gruppi di prove dinamiche e cicliche di laboratorio sono legati alle modalità di applicazione dei carichi. A livelli deformativi bassi e medi i carichi sono applicati con frequenze comprese fra 1 e 100Hz e implicano forze di inerzia non trascurabili; a livelli deformativi elevati i carichi hanno invece frequenze generalmente comprese fra 0.01 e 1Hz e generano forze d’inerzia trascurabili.

LA GEOTEST SI È DOTATA DELLA STRUMENTAZIONE TSH-100 PRODOTTA DALLA GCTS DI PHOENIX – ARIZONA – U.S.A. PER L’ESECUZIONE DI TUTTA LA VASTA GAMMA DI PROVE DINAMICHE E CICLICHE DI LABORATORIO. LA PROCEDURA TRIASSIALE CICLICA SFRUTTA LE CARATTERISTICHE DELL’ATTUATORE VERTICALE E PUÒ APPLICARE INDIFFERENTEMENTE CARICHI STATICI E DINAMICI FINO A UNA FREQUENZA DI 5HZ, ANCHE IN MODALITÀ MULTI- STAGE. LA PROCEDURA DI COLONNA RISONANTE USUFRUISCE DI UN MOTORE TORSIONALE, ALLOGGIATO INTERNAMENTE ALLA CELLA TRIASSIALE, PER APPLICARE L’ECCITAZIONE ALLA SOMMITÀ DEL PROVINO FINO AD UNA FREQUENZA DI 250HZ. LA PROCEDURA DI TAGLIO TORSIONALE UTILIZZA IL MEDESIMO MOTORE PER REALIZZARE TESTS DI CONTROLLO DI DEFORMAZIONE O STRESS, SIA IN CAMPO STATICO SIA IN CAMPO DINAMICO FINO A 250HZ. LA CAPACITÀ DI CONFINAMENTO DELLA CELLA TRIASSIALE È DI 1000 KPA. LA MISURAZIONE DELLE PRESSIONI DI CELLA ED INTERSTIZIALE È ASSICURATA DA TRASDUTTORI DI PRESSIONE CON LINEARITÀ PARI A 0.25% . UN TRASDUTTORE DIFFERENZIALE DI PRESSIONE PERMETTE LA DETERMINAZIONE DELLE VARIAZIONI VOLUMETRICHE CON UNA CAPACITÀ DI 500 MM DI ACQUA E 0.25% DI LINEARITÀ. IL SOFTWARE CATS (COMPUTER AIDED TESTING SOFTWARE) E L’UNITÀ ELETTRONICA SCON-1500 (UNIVERSAL SIGNAL CONDITIONING AND CONTROL UNIT) SONO DEDICATI AL CONTROLLO E ALLA GESTIONE DELL’INTERO SISTEMA. L’UNITÀ DI CONDIZIONAMENTO E CONTROLLO DEL SEGNALE È UN MICROPROCESSORE 850MHZ COMPLETAMENTE DIGITALE CHE PROVVEDE A GENERARE LE FUNZIONI, A MONITORARE LE RISPOSTE E AD ACQUISIRE I DATI.

IMMAGINI E VIDEO DELLE PROVE
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Elaborazione Prova	Triassiale Ciclica a Liquefazione

Nelle prove di Colonna Risonante si applicano tipicamente carichi variabili con legge sinusoidale e con frequenze elevate, in modo da raggiungere le condizioni di risonanza per l’insieme costituito dal provino di terreno e dal sistema per l’applicazione dei carichi.

Le prove sono condotte su provini cilindrici utilizzando attuatori di carico di tipo elettromagnetico, in modo che nella stessa apparecchiatura possano eseguirsi anche prove torsionali cicliche (bassa frequenza). Nel corso delle prove di RC vengono misurate la frequenza di risonanza e la rotazione del provino. Dal valore della prima grandezza è possibile risalire alla velocità di propagazione delle onde di taglio e quindi al modulo G; dalla misura delle rotazioni del provino si ricava la deformazione tangenziale γ. Poiché la prova di RC opera alle frequenze proprie di un provino cilindrico le frequenze di prova risultano relativamente alte (10-100Hz). Con le prove RC non è possibile raggiungere la condizione di rottura, per cui esse sono utilizzate per determinare le leggi di decadimento della rigidezza e di incremento del fattore di smorzamento con la deformazione tangenziale.

Nelle prove di Taglio Torsionale Ciclico si attuano condizioni di taglio semplice su provini cilindrici, sovrapponendo ad uno stato di tensione efficace isotropo e non (applicato nella fase di pre-sollecitazione statica) una coppia torcente variabile nel tempo con legge periodica. Le prove sono indicate per la misura della rigidezza a piccole e medie deformazioni. Per misurare la rigidezza dei terreni le prove sono condotte eseguendo una serie di cicli a livello di carico o di deformazione crescente, in condizioni drenate o non drenate, fissando una determinata frequenza del carico (o una velocità di deformazione). Tra ogni serie di cicli può essere interposta una fase di consolidazione. Il comportamento meccanico del terreno si ottiene dall’interpretazione diretta dei cicli di scarico e ricarico, sintetizzati attraverso i parametri equivalenti rigidezza a taglio G e fattore di smorzamento D, associati al livello di deformazione tangenziale γ.

Le TXC sono le prove dinamiche più diffuse per la misura delle proprietà dinamiche dei terreni ad alti livelli deformativi.

Esse sono condotte con i seguenti fini: caratterizzare in campo dinamico il comportamento tensio-deformativo del terreno ad alti livelli di deformazione; determinare la resistenza ultima in campo dinamico e analizzare il comportamento post-ciclico. Le prove possono essere spinte sino alla rottura ed in tal caso sono finalizzate allo studio dei meccanismi di liquefazione dei terreni incoerenti saturi. I carichi dinamici applicati possono essere monotonicamente crescenti o ciclici ad andamento sinusoidale, triangolare, rettangolare, di cui può essere modificata l’ampiezza e la frequenza. I risultati della prova triassiale ciclica sono riportati in due fondamentali grafici: quelli che rappresentano i cicli di isteresi sul piano τ−γ e quelli che forniscono l’andamento nel tempo dei carichi, delle deformazioni assiali e delle pressioni interstiziali. Dai grafici dei cicli di isteresi è possibile ricavare i parametri di deformabilità e di smorzamento ad alti livelli deformativi ed osservare il differente comportamento in compressione ed in estensione dei materiali esaminati. I dati registrati sono utilizzati anche per ricavare grafici che consentono di seguire in dettaglio la storia tensionale fino a rottura del materiale.