Tra le prove di laboratorio di tipo triassiale è senza dubbio la più particolare.
Com’è noto ai geotecnici, le prove triassiali costituiscono le prove principi per la determinazione dei parametri di resistenza al taglio di un terreno.
Schema di una cella triassiale
In presenza di terreni a granulometria fine, saturi, la scarsa permeabilità implica l’impossibilità di un rapido drenaggio e pertanto della variazione del contenuto naturale in acqua qualora vengano sottoposti a variazioni di carico. Si può pertanto ritenere che detti terreni si trovino in condizioni non drenate e che detta condizione possa essere simulata dalla prova UU.
Prova triassiale UU in esecuzione
La condizione non consolidata e non drenata è rappresentata sul diagramma tau-sigma da una serie di cerchi di Mohr di uguale diametro, il cui inviluppo è rappresentato da una retta parallela all’asse delle ascisse, ovvero a sigma, e il criterio di rottura è descritto da phiu = 0 e tau = Cu, essendo phiu l’angolo di attrito in condizioni non drenate e Cu la coesione non drenata.
In altre parole, la resistenza al taglio viene quindi definita in termini di sforzi totali ed è espressa tramite il valore della sola coesione (cu), poiché l’angolo di attrito (φu) è sempre uguale a zero.
Perché la condizione di φu = 0° venga rispettata è necessario che i provini ricavati dai campioni indisturbati siano saturi; in caso contrario essi dovranno essere preventivamente saturati. Con i provini saturi, il diametro dei cerchi di Mohr rimane costante, pur aumentando la pressione di cella, perché il non consolidamento e la successiva compressione in assenza di drenaggio forniscono ai provini una resistenza al taglio identica, a causa della identica resistenza offerta dalle pressioni neutre presenti all’interno dei provini e impossibilitate a dissiparsi.
I tre cerchi di diametro uguale consentono il tracciamento di una retta tangente agli stessi e parallela all’asse delle ascisse e quindi all’annullamento dell’angolo di attrito. L’intercetta di questa retta sull’asse delle ordinate stacca un segmento uguale al raggio dei cerchi di Mohr che equivale al valore della coesione espressa in termini di sforzi totali.
Questo tipo di prova di laboratorio trova ottime applicazioni in due situazioni geologiche significative in cui i parametri geotecnici dei terreni sono indispensabili: nelle verifiche a breve termine e verifiche a lungo termine.
Un caso particolarmente significativo può essere quello ad esempio quello di determinare i parametri geotecnici di argille sature normalmente consolidate (NC) sottoposte a una rapida variazione di carico, senza cioè che vi sia la possibilità della dissipazione delle pressioni interstiziali in eccesso: è ad esempio utile nel caso della verifica di stabilità di un versante, nel caso di sbancamenti etc. La resistenza offerta da questo tipo di terreni è senza dubbio inferiore rispetto alle condizioni drenate.
Nel caso, invece, di argille sovraconsolidate (SC) la rapidità della prova e pertanto l’impedimento del drenaggio produco delle pressioni interstiziali negative, ovvero si osserva una tendenza al rigonfiamento, con resistenze non drenate di gran lunga maggiori di quelle drenate.
Di conseguenza, una verifica a breve termine (condizioni non drenate) in condizioni di phi = 0 in argille NC darà luogo a una stima del fattore di sicurezza inferiore rispetto a quella che si otterrebbe in condizioni drenate (verifica a lungo termine), mentre nel caso di argille SC il valore del fattore di sicurezza ottenuto a breve termine (condizioni non drenate) è maggiore di quello che si otterrebbe a lungo temine (condizioni drenate).
L’esempio che segue è quello di una prova UU eseguita su argille NC che costituiscono il corpo di una frana per simulare una rapida sollecitazione come quella legata ad esempio dal passaggio di veicoli pesanti.
Dettaglio del provino alloggiato all’interno della cella triassiale
La prova è stata eseguita su tre provini cilindrici aventi diametro 38 mm e altezza 76 mm. I provini, avvolti in membrane impermeabili, sono stati:
- posizionati ciascuno in una cella colma d’acqua e a tenuta stagna;
- sottoposti a pressioni di cella diverse (0,50-1,00 e 1,50kg/cm2) senza la possibilità di drenaggio e quindi di consolidamento;
- saturati con una “back pressure” inferiore di soli 0,20kg/cm2 a quella di cella (0,30-0,80 e 1,30kg/cm2) per la durata di circa 48 ore;
- compressi fino a rottura con una velocità di compressione di 0,50 mm/minuto.
Esempio di provino portato a rottura
Diagramma agli sforzi total. Punti di rottura di 3 provini sottoposti a prova triassiale UU
