Apparecchiatura Proctor
La prova di compattazione Proctor, detta anche AASTHO, prende il nome dall’ingegnere americano che analizzò per primo l’influenza del contenuto d’acqua nei terreni e dell’energia di costipamento.
La prova così ideata consiste nella compattazione di strati di terreno disposti in una fustella cilindrica attraverso la caduta libera di un pestello. L’energia di compattazione viene fatta variare cambiando il peso del pestello, l’altezza di caduta del pestello, il numero di colpi per strato di terreno, o lo spessore degli strati.
La prova trova applicazione prevalentemente nella geotecnica stradale e, in particolare, per la realizzazione di rilevati.
La prova Proctor serve quindi per verificare l’efficacia della compattazione (intendendo con questo termine l’aumento artificiale della densità della terra tramite mezzi meccanici) e non la portanza delle terre.
Gli effetti prodotti dalla compattazione delle terre corrispondono a:
- diminuzione del rischio di deformazione della struttura costruenda (ad esempio un rilevato in terra) connesso all’avvicinamento dei granuli con la conseguente riduzione dei cedimenti differenziali;
- incremento dell’angolo di attrito del materiale connesso al mutuo incastro dei granuli;
- riduzione dell’indice dei vuoti e di conseguenza della permeabilità
In cosa consiste la prova?
La prova si effettua nel seguente modo: si fa variare il contenuto di acqua dei provini di terreno, mantenendo costante l’energia di costipamento, e si rappresenta su di un grafico la variazione della densità secca in funzione del contenuto di acqua. L’interpolazione delle diverse coppie di punti (contenuto d’acqua – densità secca) per ciascun provino di terreno restituisce una curva a campana il cui vertice corrisponde al maximum della densità secca in corrispondenza di un certo contenuto di acqua, indicato appunto come optimum Proctor. Il valore di umidità optimum corrisponde al valore per il quale si ottiene, per quella energia spesa, il miglior risultato in termini di resistenza e di indeformabilità. Le coppie punti (umidità – densità secca) crescono fino al massimo e poi decrescono; per le coppie di punti che corrispondono all’aumento dell’umidità del terreno sul lato della curva prima di aver raggiunto il massimo, l’energia è spesa interamente per favorire l’assestamento dei grani, mentre dopo aver superato il massimo della curva l’ulteriore aumento del contenuto d’acqua genera della sovrappressioni interstiziali che riducono l’efficacia del compattamento.
Che differenza c’è tra prova in modalità Standard e Modificata?
La prova in origine (anni ’30) nasceva in modalità Standard, poi con l’aumentare del traffico dei mezzi pensanti è stato necessario modificare la precedente prova e passare alla Modificata che conserva la metodica di preparazione dei campioni e il tipo di attrezzatura della Standard, mentre varia il peso del pestello, l’altezza di caduta del pestello (energia di compattazione) e il numero di strati per fustella.
In generale, le prove in modalità Standard vengono utilizzate per lo studio dei rilevati di vario tipo, mentre la prova Modificata trova applicazione nei terreni di sottofondo, nelle pavimentazioni stradali o aeroportuali.
Differenze tra la metodologia Standard e Modificata
Quali parametri influenzano la prova?
Nel costipare il terreno si possono fare variare sia il contenuto di acqua, sia il tipo di compattazione che l’energia di costipamento. Variando ognuno dei predetti fattori nella posa delle terre si fanno variare anche la permeabilità, la compressibilità e con essa il rigonfiamento, oltre che la resistenza e le relazioni sforzo – deformazioni. Si tratta quindi di una prova molto importante che, se associata in modo oculato con altre prove di laboratorio, è in grado di fornire molte informazioni sull’opera che si sta realizzando.
Quale ruolo giocano questi parametri?
L’aumento del contenuto d’acqua per valori inferiori all’optimum comporta una diminuzione della permeabilità, mentre essa aumenta per valori superiori all’optimum.
Inoltre la permeabilità diminuisce all’aumentare dell’energia di compattazione, poiché aumenta la densità del terreno e le particelle tendono ad assumere una orientazione preferenziale.
Per quanto riguarda la resistenza e la rigidità, è stato osserva che esse sono maggiori nei terreni compattati con contenuto d’acqua inferiore all’optimum.
Campioni argillosi costipati con umidità inferiore all’optimum rigonfierà maggiormente di un altro costipato con umidità maggiore all’optimum poiché ha una organizzazione delle particelle più disordinata e un minor grado di saturazione.
Come è possibile variare l’energia di compattazione?
Se si aumenta l’energia di compattazione (in laboratorio è possibile farlo facendo variare l’altezza di caduta, o aumentando il numero di colpi, o ancora facendo variare lo spessore degli strati; mentre in cantiere è possibile farlo aumentando le passate con il rullo compressore) si osserva che la curva a campana tende a innalzarsi verso l’asse delle ordinate (peso di volume secco), ovvero verso valori di umidità minori, ma con peso di volume maggiori.
Per ogni tipologia di terreno, l’optimum, il maximum e la forma della curva a campana variano in funzione dell’energia e della modalità di compattazione adottate. Ciò che accomuna però le diverse terre è che spostandosi verso contenuti di acqua via via maggiori, e in particolare oltre l’optimum, le curve tendono ad assumere un andamento circa parallelo alla cosiddetta curva di saturazione. Questa curva è descritta dall’equazione di una iperbole equilatera.
Andamento a campana della curva Proctor con indicata la curva di saturazione
Quali forme possono assumere le curve Proctor?
La forma della curva a campana, varia in ragione della tipologia di terreni: in particolare terreni costituiti da misti granulari si osserva che essendo molto eterogenei, si possono ottenere sensibili effetti della compattazione anche per bassi valori di umidità; nei terreni sabbiosi-monogranulari, rispetto ai precedenti occorre un contenuto d’acqua maggiore, anche se in questi terreni risulta più difficile individuare il maximum in quanto danno luogo a curve a campana molto appiattite; mentre nei terreni poco assortiti o nei terreni argillosi si osserva che il contenuto d’acqua necessario per raggiungere il maximum è piuttosto elevato in quanto si tratta di terreni dotati di coesione (forza di attrazione e repulsione presenti sulla superficie delle particelle).
A parità di energia spesa, inoltre il peso di volume secco massimo sarà maggiore nei terreni granulari misti e poi a seguire quelli argillosi e infine quelli sabbiosi monogranulari.
Dal grafico è possible fare un’ulteriore considerazione: agli stessi valori di desità secca massima, non corrispondono, per i diversi terreni, gli stessi gradi di indeformabilità; pertanto, il valore di densità secca massima non può può essere indicativo del grado di indeformabilità. Ecco quindi perchè nei capitolati non viene prefissato un valore di densità secca massimo che deve avere la terra, ma, invece, viene richiesto di raggiungere in situ il 90 o 95% del valore di riferimento Proctor.
Esempi di prove Proctor su materiali granulari (due grafici sopra) e argillosi (ultimo grafico)
A cosa servono i risultati ottenuti dalla prova Proctor?
I valori ottenuti dalla prova Proctor di laboratorio dovranno essere confrontati con quelli ottenuti in situ dalle prove di densità, con l’intenzione di verificare che in situ sia stato raggiunto l’addensamento prescritto dal progetto.
Normalmente si richiede all’impresa di raggiungere il 95% della densità secca massima ottenuta in laboratorio per gli strati superori e il 90% per gli strati di base.
