04.2 - Prova di Taglio diretto

Obiettivo:
La prova di taglio diretto è impiegata in laboratorio per la determinazione della resistenza dei terreni.

Apparecchiatura di prova

L'attrezzatura comprende:

• #Scatola di taglio all'interno della quale è posto il provino
• Il #Sistema di applicazione del carico e dello spostamento
• Il sistema di misura

Scatola di taglio

La scatola di taglio è la parte contenente:

• le due semiscatole che racchiudono il provino e che sono capaci di scorrere longitudinalmente l'una rispetto all'altra
• Le viti che prima della prova impediscono movimenti relativi tra le due semiscatole

Il provino è inserito nella scatola di taglio insieme a:

• La piastra di base
• Due pietre porose
• Carta da filtro
• La testa di carico

La scatola di taglio è contenuta in un contenitore che durante la fase di consolidazione e di rottura è tenuto pieno di acqua.

Sistema di applicazione del carico e dello spostamento

In una prima fase si porta il provino a consolidare. Si applica pertanto un carico verticale e si misurano le conseguenti variazioni di altezza del provino.

Controllo di deformazione:
Successivamente si passa alla fase di rottura, imponendo una traslazione orizzontale relativa tra le due semiscatole contenenti il provino.
In particolare, la semiscatola superiore è fissata a telaio, mentre quella inferiore viene spinta da un pistone che avanza grazie all'azione di una vite infinita alimentata da un motore elettrico.

Si sceglie di applicare la traslazione alla semiscatola inferiore per assicurarsi che il carico verticale rimanga costante.

Procedimento

L'esecuzione della prova di taglio diretto prevede 2 fasi:

• La #Fase di Consolidazione
• La #Fase di Rottura

Fase di Consolidazione

Inizialmente, si procede a consolidare il provino. Per farlo si applica un carico verticale, ortogonale al piano di rottura, e si misura la variazione di altezza del provino.

Per terreni a grana grossa i tempi necessari a raggiungere le condizioni drenate sono praticamente nulli: il carico si trasferisce direttamente allo scheletro solido.

Per terreni a grana fine invece, la risposta iniziale è in condizioni non drenate. Se il provino è saturo, si verifica un aumento delle pressioni interstiziali cui fa seguito un processo di lenta dissipazione delle sovrappressioni sino al raggiungimento delle condizioni drenate finali.

La prova di taglio diretto è eseguita su vari provini portati a consolidazione sotto diversi carichi verticali.

Fase di Rottura

Nella fase di rottura, si rimuovono le viti che impediscono gli spostamenti relativi tra le semiscatole e si impone lo spostamento orizzontale.
Questo spostamento è imposto a una velocità che deve essere sufficientemente lenta da evitare l'insorgere di sovrappressioni interstiziali di valore apprezzabile.

La prova ha termine quando si raggiunge uno spostamento relativo di $10\mathrm{m}\mathrm{m}$.

In questa fase si registrano a intervalli temporali regolari:

• La forza orizzontale, $T$
• Lo spostamento orizzontale relativo tra le due semiscatole, $\delta h$
• Lo spostamento verticale, $\delta v$

Quando si vogliono trovare i parametri di resistenza al taglio residua si segue il seguente procedimento:

1. Si esegue la fase di rottura fino a fondo corsa ($10\mathrm{m}\mathrm{m}$)
2. Si riporta manualmente la semiscatola di taglio nella posizione iniziale e si attende la dissipazione delle eventuali sovrappressioni indotte
3. Si esegue di nuovo la prova di taglio
4. Si ripetono le operazioni almeno 5 volte. La prova è considerata conclusa quando tra due cicli successivi la tensione tangenziale $\tau$ registrata non cambia

(vd. resistenza residua)

La temperatura va mantenuta costante durante la prova con escursioni minori di $\pm 10°C$.

Elaborazione

Le deformazioni si localizzano in una fascia vicina al piano di taglio.

Essendo $A$ l'area della sezione trasversale del provino, si possono ricavare gli sforzi normali e tangenziali come

La prova si esegue sempre su almeno 3 provini.

I risultati si rappresentano in termini di curve $\tau -\delta h$ e $\delta v-\delta h$.

Sul piano $\tau -{\sigma }_n$ si possono riportare le tensioni tangenziali di picco in funzione del carico verticale applicato su ogni provino. Interpolando, si ottiene una retta:

dove:

• ${\tau }_p=$ resistenza al taglio di picco
• $c_p^{\prime }=$ intercetta con l'asse delle ordinate - detta coesione efficace di picco
• ${\phi }_p^{\prime }=$ Angolo di attrito efficace di picco

La stessa cosa può essere fatta con i valori delle tensioni tangenziali a rottura, dopo il picco. In questo caso la retta interpolante passerà pressapoco per l'origine, avendo quindi coesione praticamente nulla. In generale l'angolo di attrito è diverso.

Le rette così ottenute rappresentano il criterio di resistenza al taglio del provino in esame.

nel caso di materiale duttile, il diagramma $\tau -\delta h$ non presenterebbe i picchi.