Azione 2.D_VdA - Allegato2 - Introduzione

Transcript

P.O. Cooperazione territoriale europea transfrontaliera Obiettivo 3 Italia-Francia (Alpi) 2007/2013 – Alcotra
CONVENZIONE PER L’ATTIVITÀ DI CONSULENZA NELL’AMBITO DEL PROGRAMMA OPERATIVO
DI COOPERAZIONE TERRITORIALE EUROPEA TRANSFRONTALIESA. OBIETTIVO 3 ITALIA/FRANCIA
(ALPI) ALCOTRA - PROGETTO SEMPLICE 056 “GLARISKALP - RISCHI GLACIALI NELLE ALPI
OCCIDENTALI" AZIONE 2.D. - SITI PILOTA "SETTORI DEGLACIALIZZATI"
su
CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI COSTITUENTI I DEPOSITI
GLACIALI
Prof. A.M. Ferrero
ing. M.R. Migliazza
CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI COSTITUENTI I DEPOSITI GLACIALI
Sommario
1. Introduzione ................................................................................................................................................. 3
2. Ubicazione dei punti di rilievo fotografico e di campionamento per l’analisi dimensionale ............ 5
2.1 Rilievi eseguiti in sito ............................................................................................................................ 9
3. Distribuzione granulometrica da analisi fotografica ............................................................................. 12
3.1 Attribuzione delle dimensioni al blocco delineato, stima dell’area e del volume ....................... 13
3.2 Definizione di Fine e Determinazione della curva granulometrica.............................................. 15
3.3 Validazione del software Split Desktop 3.0 ..................................................................................... 19
3.4 Determinazione delle curve granulometriche del sito .................................................................... 23
3.4.1 Val d’Ayas.......................................................................................................................................... 24
3.5.2 Val di Rhemes ................................................................................................................................... 36
Effetto scala ................................................................................................................................................ 48
3.7 Prove di tilt test ........................................................................................................................................ 53
3.7.1 Procedura di calcolo dell’angolo d’attrito mediante tilt test ....................................................... 53
3.7.2 Unione delle curve granulometriche.............................................................................................. 55
3.7.3 Riscalatura delle curve granulometriche........................................................................................ 60
3.7.4 Progettazione e realizzazione dell’apparato per effettuare il tilt test ........................................ 63
3.7.5 Modalità di compattazione.............................................................................................................. 69
3.7.6 Fasi preliminari del tilt-test ............................................................................................................. 73
3.7.7 Realizzazione delle prove di Tilt Test ........................................................................................... 73
3.7.8 Risultati .............................................................................................................................................. 78
PROVE IN TEMPERATURA ................................................................................................................... 90
4.1 Preparazione dei provini ......................................................................................................................... 90
4.2 Risultati ottenuti ....................................................................................................................................... 99
CONCLUSIONI.......................................................................................................................................... 106
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................................... 109
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tel 0521 905926-34 - Fax 0521 905924 - e.mail [email protected] - www.gdsolutions.it
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1. INTRODUZIONE
La presente relazione illustra gli studi e le analisi ad oggi condotte nell’ambito della convenzione
stipulata con Fondazione Montagna Sicura – Montagne Sûre nell’ambito del programma operativo di
Cooperazione territoriale europea transfrontaliera, obiettivo 3 Italia/Francia (Alpi) 2007-2013 Alcotra,
progetto semplice n° 056 "Glariskalp - Rischi glaciali nelle Alpi occidentali", azione 2.D. - siti pilota
"Settori Deglacializzati".
Il lavoro svolto e di seguito presentato ha avuto come finalità la caratterizzazione di depositi glaciali
attraverso:
- la determinazione della distribuzione granulometrica;
- l’esecuzione di prove di tilt test per la determinazione della resistenza del materiale secco;
- l’esecuzione di prove di compressione su campioni ricostituiti saturati e congelati per la
determinazione dell’influenza della temperatura sulla resistenza a compressione monoassiale.
Questa procedura di analisi è stata, in particolare, applicata a due differenti depositi glaciali soggetti
a permafrost, presenti in regione Valle d’Aosta: il primo generato dal ghiacciaio Tsanteleina, a ridosso
della Granta Parei in Val di Rheme (quota 2690 m s.l.m.) e il secondo, quello che circonda il Lago Blu
in Val D'Ayas (quota 2214 s.l.m.).
I depositi glaciali oggetto del presente lavoro sono costituiti da materiali estremamente complessi ed
eterometrici in quanto caratterizzati da particelle e blocchi aventi dimensioni variabili tra 10-3 ÷ 103 mm,
con blocchi erratici di dimensioni decametriche.
In queste condizioni la determinazione della distribuzione granulometrica non può essere condotta
utilizzando le classiche tecniche di laboratorio che prevedono l’esecuzione delle analisi su campioni
prelevati in sito e costituiti da particelle aventi dimensione massima centimetrica.
Per tale motivo la determinazione della curva granulometrica in grado di descrivere tutte le classi
dimensionali presenti (dall'argilla ai blocchi metrici) è stata ricostruita accoppiando ed integrando i
risultati dell'analisi granulometrica di laboratorio, eseguita per setacciatura e sedimentazione su
campioni prelevati in entrambi i siti, con quella ottenuta mediante un’analisi fotografica realizzata grazie
all’ausilio del software Split Desktop 3.0. La prima è in grado di restituire la curva di distribuzione
dimensionale delle particelle più fine mentre la seconda quella delle particelle più grossolane unitamente
a quella dei blocchi presenti.
Il materiale prelevato in sito è stato, inoltre, utilizzato per l'esecuzione sia delle prove di tilt test, sia
per quelle di compressione monoassiale, nel seguito dettagliatamente descritte.
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I risultati ottenuti dal presente studio, assieme alle risultanze delle prove sperimentali già condotte
su materiale campionato in sito, potranno rappresentare una base conoscitiva per la definizione delle
attività da eseguire al fine di stimare il grado di stabilità dei depositi glaciali connesso alla fusione del
permafrost e alla dinamica glaciale dovuti all’effetto di variazioni climatiche.
I mutamenti climatici in atto, quali la risalita della quota media dello zero termico e la diminuzione
delle precipitazioni nevose e della permanenza delle neve al suolo anche in quota causano variazioni
nelle dinamiche geomorfologiche nelle aree di alta quota; questi cambiamenti climatici rappresentano
un fattore che fortemente influenza la persistenza e l’evoluzione del permafrost.
Finché il permafrost è presente, viene garantito uno stato di stabilità meccanica del deposito
glaciale, mentre, quando il ghiaccio nel deposito fonde si può incorrere in problemi di stabilità del
materiale lungo i pendii.
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2. UBICAZIONE DEI PUNTI DI RILIEVO FOTOGRAFICO E DI CAMPIONAMENTO PER
L’ANALISI DIMENSIONALE
Figura 1–Foto da satellite raffigurante l’ubicazione dei luoghi di studio. (1 – Lago Blu, in Val d’Ayas a N-W della
regione Valle d’Aosta; 2- Ghiacciaio Tsanteleina, in Val di Rhemes a S-E della regione)
L'attività svolta nell'ambito di questo progetto ha riguardato una fase iniziale condotta, a settembre
2011, sulle morene laterali in due siti campioni: il deposito glaciale sito in Val d’Ayas originato dal
ghiacciaio di Verra Grande e il deposito glaciale sito in Val di Rhemes generato dal ghiacciaio Tsanteleina
a quota 2690 m s.l.m. ai piedi del monte Granta Parey (3.387 m s.l.m.).
5
Figura 2– Val d’Ayas. L’area in blu rappresenta l’estensione del ghiacciaio ricavata dagli ultimi rilievi effettuati nel 2009.
(Fondazione Montagna Sicura - Catasto ghiacciai della Regione Valle d’Aosta)
Figura 3 – Lago Blu, Val d’Ayas (2214 m s.l.m.) - Foto da satellite.
6
Figura 4. Deposito glaciale analizzato in Val d’Ayas (2214 m s.l.m.).
Figura 5 – Attuale estensione dei ghiacciai nell’area della Granta Parei in Val di Rhemes.
7
Figura 6 –Ghiacciaio Tsanteleina, Val di Rhemes (2690 m s.l.m.) - Foto da satellite.
Figura 7 – Sito di provenienza, in alta Val di Rhemes, del materiale analizzato.
Sullo sfondo si erge il Ghiacciaio Tsanteleina.
8
2.1 Rilievi eseguiti in sito
In entrambi i siti analizzati sono stati prelevati due campioni disturbati (Figura 8 - Figura 9)che sono
stati utilizzati per l'esecuzione delle analisi granulometriche in laboratorio e per l'esecuzione dei tilt test
e delle prove di compressione monoassiale sui campioni ghiacciati.
Figura 8 –Campione 1 prelevato in sito per le analisi di laboratorio, Lago Blu.
Figura 9 –Campione 1 prelevato in sito per le analisi di laboratorio, Ghiacciaio Tsanteleina.
La distribuzione granulometrica alla scala del deposito è stata effettuata attraverso l'utilizzo del
software Desktop, nel seguito descritto, che prevede l'analisi di fotografie scattate in sito accoppiate ad
una serie di misure di distanze tra punti presenti nelle fotografie.
A tale scopo, in entrambi i siti, sono state eseguite serie di fotografie in modo da riprendere il
materiale costituente il deposito a varia scala. In particolare, una volta individuata, delimitata e misurata
sul deposito un'area rappresentativa ne è stata eseguita una ripresa fotografica. Tale area è stata
suddivisa, quindi, in quattro parti (prima quartatura) ciascuna delle quali è stata misurata e fotografata.
9
Una delle aree delimitate è stata a sua volta suddivisa in ulteriori 4 parti (seconda quartatura)
conseguentemente misurate e riprese. Il processo è illustrato in Figura 10.
La scelta del modus operandi è dettata da diverse ragioni.
In primo luogo è stato scelto il metodo delle quartature poichè questo è anche la metodologia
utilizzata nella preparazione dei campioni per le analisi di laboratorio; in secondo luogo per ovviare ad
un eventuale effetto scala, ovvero l’influenza della scala del rilievo nella determinazione della variabilità
della distribuzione granulometrica.
Da ultimo, la motivazione di tale scelta nel procedere è legata anche al fatto che il manuale del
programma utilizzato per l’analisi fotografica consiglia di scattare fotografie a scala diversa, al fine di
ottenere un campione realmente rappresentativo del materiale. L’analisi delle immagini a piccola scala
(Area 1 e 2 generali – Figura 38), la cui lunghezza orizzontale dovrebbe essere di qualche metro, risulta
affidabile fino a dimensioni del setaccio virtuale di 250 mm; dall’analisi delle immagini a scala media
(Area 2 prima quartatura – Figura 39), con la lunghezza orizzontale pari a circa 2 m, si desume la
frazione granulometrica compresa tra i 250 e i 50 mm.
Infine, dalle immagini a scala di dettaglio (Area 2 seconda quartatura – Figura 40), la cui lunghezza
orizzontale dovrebbe essere di circa 0.8 m, viene stimata la frazione inferiore ai 50 mm.
Nel caso specifico, dalle immagini di dettaglio è stata stimata la frazione granulometrica compresa
tra i 50 mm e i 10 mm mentre dalle analisi di laboratorio è stata ottenuto la distribuzione delle particelle
aventi dimensioni inferiori.
Nel seguito vengono descritte le procedure per la determinazione delle curve granulometriche
dall'analisi fotografica, le analisi di laboratorio sui campioni prelevati ed i risultati ottenuti.
10
misure
distanza
[
A]
[
B]
[
C]
Figura 10. Suddivisione delle aree fotografate in sito per la ricostruzione della curva di distribuzione granulometrica: [A]
Area generale; [B] prima quartatura; [C] seconda quartatura.
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3. DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA DA ANALISI FOTOGRAFICA
La determinazione delle curve granulometriche eseguita tramite l'analisi fotografica dei depositi è
stata condotta utilizzando il software “Split Desktop 3.0”
Split Desktop è un programma di elaborazione delle immagini ideato e sviluppato all’Università
dell’Arizona; i risultati della ricerca condotta dal 1990 al 1997 portarono allo sviluppo di tecnologie
innovative per delineare i frammenti di roccia e all’elaborazione di algoritmi statistici che permettessero
di valutare con precisione i volumi 3D e la percentuale di materiale fine partendo da immagini 2D. Dal
1997 ad oggi, il lavoro di sviluppo e miglioramento del software è affidato a Split Engineering LLC.
L’analisi fotografica con Split Desktop viene eseguita sulle immagini che vengono scattate in sito
utilizzando una comune macchina fotografica e successivamente scaricate su computer.
Il software, avvalendosi di algoritmi di edge detection, delinea i contorni dei singoli frammenti di
roccia presenti; successivamente procede alla determinazione dell’area e della forma di ogni frammento
individuato. La trattazione statistica dei dati ottenuti consente di determinare la completa distribuzione
delle dimensioni dei frammenti.
Vengono stimati la reale dimensione e il volume tridimensionale di ogni frammento evidenziato
partendo dalle informazioni ricavate dall’immagine bidimensionale e tenendo conto della
sovrapposizione dei frammenti e della distorsione prospettica. Inoltre le informazioni provenienti da un
certo numero di immagini vengono combinate in modo tale da prendere in considerazione sia la
variabilità del campione in esame sia il fatto che le immagini sono state acquisite a differenti scale.
Il primo passo della procedura di fotoanalisi è quello di ottenere delle immagini dal sito in esame a
differenti scale. Questo è un accorgimento utile al fine di ottenere valori rappresentativi di ogni classe
granulometrica; infatti le immagini acquisite a piccola scala restituiscono informazioni relativamente alla
frazione più grossolana del materiale in esame, mentre le immagini di dettaglio forniscono una
risoluzione maggiore sulle particelle di minori dimensioni.
Inoltre è fortemente consigliato confrontare fotografie scattate in luoghi differenti ma alla stessa
scala, per ottenere valori medi di campionatura.
È bene, inoltre, nel momento in cui si scattano le fotografie, adottare degli espedienti al fine di
consentire al software di restituire risultati affidabili e rappresentativi della distribuzione delle
dimensioni del materiale di interesse.
Tali accortezze sono:

individuare le aree rappresentative dell’intero sito;
12

accertarsi che le immagini scattate da lontano comprendano l’intera variabilità delle dimensioni
del materiale da analizzare;

verificare che nelle immagini, in relazione alla scala, si riescano a distinguere in maniera
apprezzabile i frammenti di roccia con dimensioni comprese nell’intervallo di interesse;

scattare, quanto più possibile, la fotografia perpendicolarmente alla linea della massima
pendenza del deposito di materiale per eliminare la distorsione prospettica;

minimizzare l’effetto delle ombre, poiché queste ostacolano la corretta delineazione dei ciottoli,
nascondendone i bordi.
Il numero di immagini necessarie per calcolare la distribuzione delle dimensioni di un dato
campione di materiale non è predefinito ma varia in relazione alla dimensione del materiale da
analizzare e all’intervallo dimensionale di interesse.
É inoltre necessario, come precedentemente accennato, scattare fotografie a scala diversa, al fine di
ottenere un campione rappresentativo del materiale. L’analisi delle immagini a piccola scala, la cui
lunghezza orizzontale dovrebbe essere di qualche metro, risulta affidabile fino a dimensioni del setaccio
virtuale di 250 mm; dall’analisi delle immagini a scala media, con la lunghezza orizzontale pari a circa 2
m, si desume la frazione granulometrica compresa tra i 250 e i 50 mm.
Infine, dalle immagini a grande scala, la cui lunghezza orizzontale dovrebbe essere di circa 0.5 m,
viene stimata la frazione inferiore ai 50 mm.
3.1 Attribuzione delle dimensioni al blocco delineato, stima dell’area e del volume
Dopo aver acquisito le fotografie, queste ultime devono essere scalate avvalendosi di distanze
misurate in sito tra punti di riferimento. È consigliabile inserire, all’interno del programma, tre
misurazioni in modo da ottenere una più accurata orientazione planare dell’immagine.
Il passaggio successivo è di delineare, automaticamente o manualmente, i bordi dei massi e dei
ciottoli. Mediante questa operazione il software riconosce la forma di ogni frammento di roccia,
permettendo la determinazione della sua area, del volume e della dimensione del setaccio.
L’area del ciottolo viene determinata in relazione al numero di pixel che lo definiscono.
La dimensione del setaccio di un frammento di roccia è definito come la lunghezza di un lato della
griglia quadrata che consente il passaggio del frammento stesso. Viene stimata a partire dagli assi
maggiore e minore dell’ellisse che meglio approssima il frammento delineato e avente la medesima area
della particella.
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La dimensione del setaccio viene calcolata attraverso la seguente espressione:
ds = √ (amax *amin)
(1)
dove:
ds = dimensione del setaccio;
amax = asse maggiore dell’ellisse;
amin = asse minore dell’ellisse.
Questa relazione è stata sviluppata a partire dai risultati delle prove di calibrazione in cui sono stati
fotografati ed esaminati molti frammenti di roccia (Kemeny et al, 1993; Kemeny, 1994).
Si può notare che l'Equazione 1 è molto simile alla formula del diametro equivalente circolare di un
frammento data da:
Dec = √(4 * A / )
(2)
dove:
Dec = diametro equivalente circolare;
A = area.
Numerosi ricercatori hanno utilizzato il diametro equivalente circolare come misura della
dimensione di screening del frammento (Wang et al., 1996).
È bene osservare che questo metodo di analisi presenta un limite legato al fatto che l’Equazione (1)
restituisce il medesimo valore di dimensione del setaccio per ciottoli caratterizzati da forme differenti.
Ad esempio, considerando frammenti di roccia con morfologie e dimensioni pari a quelli riportati in
Figura 11, si può notare che, nonostante la diversa forma, la dimensione del setaccio attribuitagli risulta
essere la medesima e pari a D.
Il software Split Desktop utilizza una funzione di probabilità (Kemeny et al., 1993 e Kemeny, 1994).
a seguito del fatto che la dimensione del setaccio reale di un frammento può risultare sia maggiore
sia minore della dimensione apparente, ovvero quella che viene calcolata dall’immagine; ciò è dovuto
alla sovrapposizione parziale dei frammenti di roccia, alla forma dei ciottoli ed al loro orientamento
rispetto all’inquadratura dell’immagine, ovvero alla distorsione dovuta alla prospettiva.
14
Figura 11 –Esempio.
Il volume di un frammento viene stimato dall’area dell’ellisse che lo identifica e dalla misura della
terza dimensione del frammento stesso. Gli studi hanno dimostrato che una buona stima della terza
dimensione del frammento è data dalla dimensione del setaccio, come calcolato con la Equazione (1).
Pertanto il volume del frammento è dato da:
Vf = ds * Af
(3)
dove:
Vf = volume del frammento;
ds = dimensione del setaccio;
Af = area del frammento.
3.2 Definizione di Fine e Determinazione della curva granulometrica
Con il termine fine ci si riferisce alle particelle aventi dimensioni inferiori rispetto alla risoluzione
della fotografia (pixel), quindi alle particelle che non possono essere correttamente delineate dai
programmi di elaborazione delle immagini. Il termine particella, in questo contesto, indica un
frammento di roccia avente qualsiasi dimensione, da metrica a millimetrica.
Nell’analisi fotografica, il materiale fine viene normalmente sottostimato sia perché non sempre
appare sulla superficie, sia perché gli agglomerati di particelle vengono erroneamente considerati dagli
algoritmi di delineazione come dei frammenti di roccia di grandi dimensioni, infine perché le singole
particelle che compongono il materiale fine sono di dimensioni inferiori rispetto alla risoluzione
dell’immagine (Figura 12).
15
Figura 12 –Esempio di frammenti di roccia di cui verrà determinata la distribuzione granulometrica mediante analisi
fotografica (Kemeny,1999)
Al fine di ovviare a questo problema, è stata sviluppata una procedura per stimare con precisione la
distribuzione dimensionale dei frammenti di roccia contenenti il materiale fine.
Le tecniche studiate per stimare accuratamente la percentuale di fine utilizzano informazioni relative
alla percentuale di pixel neri contenuti nell’immagine (Figura 13), alla massima dimensione del materiale
fine determinata dall’istogramma dei volumi delle particelle (Figura 14) ed alla relazione di distribuzione
di Schumann o Rosin-Rammler attribuita al fine. Quest’ultima è un’assunzione, che deve essere
necessariamente accettata.
La curva granulometrica completa dell’intera immagine è stimata dal software utilizzando le
Equazioni (1) – (3).
Sia la distribuzione di Schumann che quella di Rosin-Rammler, fanno riferimento al concetto di
cutoff. Il cutoff è la dimensione limite al di sotto della quale il software non è più in grado di riconoscere
i frammenti di roccia, poichè troppo piccoli rispetto alla risoluzione della fotografia; pertanto è la
dimensione al di sotto della quale il programma ricostruisce la distribuzione granulometrica avvalendosi
di una delle distribuzioni sopra citate.
16
Figura 13 –Esempio di delineazione automatica dei frammenti di roccia della Figura 3.12 (Kemeny,1999)
Figura 14 –Istogramma dei volumi delle particelle della Figura 4.13. Il picco di questo istogramma è il cosiddetto
“Cutoff del fine” (Kemeny, 1999)
Il cutoff del fine è stimato dal picco dell’istogramma dei volumi delle particelle. Nella maggior parte
delle situazioni, l’istogramma dei volumi delle particelle presenta un singolo picco; il cutoff viene
definito al 75% dal picco. Nel caso in cui l’istogramma dei volumi delle particelle abbia più di un picco,
al cutoff viene attribuita la dimensione corrispondente al primo picco.
17
Dopo aver stabilito il cutoff, il software procede alla determinazione della percentuale di volume del
materiale al di sotto del cutoff data da:
% Vinf = (sftot /stot)*100
(4)
dove:
% Vinf = percentuale di volume minore del cutoff;
sftot = superficie totale del fine;
stot = superficie totale, è la somma tra la superficie totale del fine e la superficie totale delle particelle
con dimensioni superiori al cutoff;
la superficie totale del fine è calcolata come segue:
sftot = Ainf + (F* An)
(5)
in cui:
Ainf = area delle particelle di dimensioni inferiori al cutoff;
An = area occupata dai pixel neri;
F = fattore, è una costante, generalmente varia tra 0.25, negli accumuli di materiale con poco fine, a
1.5 degli accumuli di materiale contenenti una gran percentuale di fine.
I valori estremi sono 0.0 per i prodotti di cava, i quali non contengono materiale fine, e 3.0 per le
immagini raffiguranti quasi esclusivamente materiale a grana fine.
Una volta che la percentuale del volume di materiale fine è stata calcolata, è possibile desumere la
curva della distribuzione dimensionale aggiornata per le dimensioni superiori al cutoff. Tale curva
rappresenta la distribuzione dimensionale delle particelle con dimensioni maggiori del cutoff e delineate
a meno della percentuale di materiale fine calcolata con l’Equazione 2.4.
Mentre, come precedentemente accennato, per determinare una distribuzione realistica per il
materiale con dimensioni inferiori al cutoff, ci si avvale o della distribuzione di Schumann o della
distribuzione di Rosin-Rammler.
La prima è data da:
% Vol = 100 * (x/TOP) m
(6)
dove:
% Vol = percentuale di volume minore della dimensione x del cutoff;
x = dimensione del cutoff;
TOP è la dimensione massima;
m è una costante legata al materiale.
18
Mentre la seconda è data da:
% Vol = 100 * (1 – exp(-0.693(x/x50)n))
(7)
dove:
x50 è il 50% della dimensione del cutoff;
n è l’indice di uniformità.
Ciascuna di queste distribuzioni presenta 2 parametri ignoti, i quali sono determinati conoscendo il
valore della dimensione del cutoff e considerando un valore dimensionale leggermente superiore al
cutoff. Nel caso in cui l’istogramma dei volumi delle particelle presenti un solo picco, quest’ultimo
valore è pari a 1.5 volte la dimensione corrispondente al picco. Se, invece, l’istogramma ha più di un
picco, questo valore corrisponde alla dimensione del secondo picco.
È stato osservato che, utilizzando una di queste due distribuzioni, ne risulta una transizione agevole
tra la curva granulometrica stimata per il materiale fine e quella calcolata per il materiale di dimensioni
leggermente superiori al valore soglia del cutoff.
Ciò concorda anche con il fatto che la distribuzione dimensionale del materiale fine è più
strettamente correlata alla distribuzione del materiale con dimensioni prossime al valore soglia del
cutoff piuttosto che alla distribuzione relativa a particelle di grandi dimensioni.
La curva granulometrica restituita dal programma, a differenza di quella ricavata dalle analisi di
laboratorio, viene diagrammata in scala semilogaritmica, riportando in ascisse il diametro delle particelle
e in ordinate la percentuale in volume delle particelle con diametro inferiore.
Il metodo sopra descritto è stato convalidato confrontando i risultati ottenuti indirettamente
dall’analisi fotografica con quelli ricavati per setacciatura dal laboratorio. Dal raffronto si è potuto
notare che può essere raggiunta una precisione pari al 10%. Inoltre, la setacciatura ha molte volte
confermato che la distribuzione di Schumann fornisce una descrizione molto accurata della
distribuzione dimensionale della frazione fine raffigurata nella fotografia oggetto d’esame.
I risultati di alcuni di questi studi di taratura si possono anche ritrovare in letteratura (Kemeny,
1994; Girdner et al., 1996; Liu e Tran, 1996).
3.3 Validazione del software Split Desktop 3.0
Prima di procedere all’analisi delle fotografie acquisite durante il sopralluogo, si è ritenuto
opportuno verificare l’effettiva affidabilità del software confrontando i risultati ottenuti in laboratorio
con quelli restituiti da Split Desktop sui medesimi campioni di materiale (Figura 15 e Figura 18).
19
Figura 15 – Campione 1 utilizzato per la validazione del software.
Dopo aver scalato l’immagine ed aver evidenziato i contorni dei ciottoli, in modo che il programma
possa svolgere le procedure precedentemente descritti, la Figura 15 appare come in Figura 16.
Il software ha restituito la distribuzione granulometrica diagrammandola in scala semilogaritmica,
riportando in ascisse il diametro dei grani e in ordinate la percentuale in volume delle particelle con
diametro inferiore.
Invece, i risultati ottenuti dall’analisi per setacciatura svolta in laboratorio, sono stati diagrammati in
scala semilogaritmica, riportando in ascisse il diametro delle particelle e in ordinate la percentuale in
peso delle particelle stesse.
20
Figura 16 – Campione rappresentato in Figura 41 dopo l’elaborazione con Split Desktop. Le linee blu attorno ai ciottoli
ne evidenziano i bordi mentre le aree in azzurro rappresentano le zone non incluse nell’analisi.
Pertanto, al fine di procedere al loro confronto, le percentuali in peso del laboratorio sono state
trasformate in percentuali in volume del passante conoscendo:

Il peso totale del campione;

Il peso specifico del materiale in esame;

La seguente relazione:
(8)
Dal confronto tra le due curve (Figura 17) è emersa un’ottima correlazione tra i due metodi di
analisi. Infatti, si può notare dal grafico che le percentuali di volume passante ai setacci virtuali, per un
dato diametro dei grani, trova una buona corrispondenza con la percentuale di volume passante ai
setacci reali.
21
CURVA GRANULOMETRICA
100
90
% Passante in volume
80
70
60
Laboratorio
50
Softw are
40
30
20
10
0
1
10
100
Diametro grani (mm)
Figura 17 – Confronto tra la curva granulometrica di laboratorio (in nero) e la curva granulometrica restituita dal
software (in rosso).
Analogamente è stato analizzato il secondo campione di materiale (Figura 18 e Figura 19).
Figura 18 – Campione 2 utilizzato per la validazione del software.
22
100
90
80
70
60
Laboratorio
50
Softw are
40
30
20
10
0
1
10
100
Diametro grani (mm)
Figura 19 – Confronto tra la curva granulometrica di laboratorio (in nero) e la curva granulometrica restituita dal
software (in rosso).
3.4 Determinazione delle curve granulometriche del sito
Come precedentemente descritto, per ciascun sito sono state elaborate varie fotografie scattata a
scale differenti. In particolare 2 fotografie dell'area generale, quattro fotografie relative alla prima
quartatura e quattro fotografie relative alla seconda quartatura. Le due fotografie relative all'are
agenerale sono state scattate in luoghi differenti ma alla stessa scala, con lo scopo di ottenere valori
medi di campionatura e per ovviare ad eventuali errori sistematici di campionamento. Mentre le foto a
scala ridotta hanno seguito la procedura descritta nella Figura 10.
23
3.4.1 Val d’Ayas
Nel seguito sono riportate le foto del deposito alle varie scale, le immagini elaborato dal programma
con l'identificazione delle particelle e le curve granulometriche ottenute.
Figura 20 – Area generale 1. Su questa fotografia non è stata eseguita alcuna quartatura, ma è stata utilizzata solamente per
determinare la frazione granulometrica più grossolana.
Figura 21 – Elaborazione mediante Split Desktop dell’Area generale 1.
24
Figura 22 –. Area generale 2. Su tale fotografia, successivamente, sono state eseguite le quartatura, per la determinazione
delle frazioni granulometriche inferiori.
25
Diametro dei grani
[mm]
(Area 1)
1905,000
1270,000
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
89,30
60,81
46,26
35,04
30,69
26,45
21,49
14,57
9,86
8,39
6,67
5,66
4,50
3,81
2,33
(Area 2)
(Media tra le Aree 1 e 2)
100,00
89,30
80,41
69,80
54,50
47,27
40,92
34,71
24,69
17,47
15,13
12,35
10,69
8,72
7,53
4,88
100,00
93,34
73,95
63,84
55,39
47,93
34,81
25,07
21,86
18,02
15,71
12,93
11,25
7,43
Tabella 1 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alle Aree generali 1 e 2 e valori medi.
100
90
80
70
60
Area 2
50
Area 1
40
Media
30
20
10
0
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 24 – Grafico raffigurante le curve granulometriche relative all’Area generale 1 (in azzurro), all’Area generale 2 (in
nero) e alla loro media (in rosso).
26
Prima quartatura
Figura 25 – Fotografie relative alla prima quartatura realizzata nell’Area 2.
Figura 26 – Raffigurazione della Figura 51 dopo l’analisi fotografica.
27
Diametro dei grani
[mm]
% Passante in vol. (alto
a sinistra)
a destra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
99,13
92,71
83,57
71,46
47,46
33,03
29,28
24,89
22,05
18,57
16,43
11,39
100,00
83,16
70,17
57,81
49,09
38,47
29,45
26,94
23,76
21,66
19,01
17,31
13,11
Diametro dei grani
[mm]
% Passante in vol.
(basso a sinistra)
% Passante in vol.
(basso a destra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
93,47
70,38
58,95
47,85
36,98
25,27
16,45
13,75
10,68
8,93
6,93
5,77
3,35
100,00
97,74
84,64
79,49
72,43
60,76
50,10
41,11
37,71
33,37
30,60
27,07
24,80
19,12
Tabella 2 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alla prima quartatura dell’Area 2 e valori medi.
28
100
90
80
70
Foto in alto a destra
60
Foto in basso a destra
50
Foto in basso a sinistra
Foto in alto a sinistra
40
Media
30
20
10
0
1
10
100
1000
Diametro grani (mm)
Figura 27 – Grafico raffigurante le curve granulometriche relative alle quartature dell’Area 2 e alla loro media (in rosso).
29
Seconda quartautra
Figura 28 – Fotografie relative alla seconda quartatura realizzata nell’Area generale 2, sul settore in basso a destra.
30
31
Diametro dei grani
[mm]
a sinistra)
a destra)
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
87,72
70,28
61,87
52,29
46,58
39,15
34,57
23,85
100,00
92,40
82,54
68,06
55,15
50,10
44,96
41,39
36,84
33,88
26,44
Diametro dei grani
[mm]
% Passante in vol.
(basso a sinistra)
% Passante in vol.
(basso a destra)
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
99,42
86,53
71,36
60,54
54,72
48,69
46,29
43,56
41,55
38,89
37,09
32,25
100,00
97,25
87,10
70,05
58,02
53,50
47,71
43,98
39,20
36,11
28,30
Tabella 3 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alla seconda quartatura dell’Area 2 e valori medi.
32
100
90
80
70
60
50
40
Media
30
20
10
0
1
10
100
1000
Diametro grani (mm)
Figura 30 – Grafico raffigurante le curve granulometriche relative alle quartature dell’Area 2 e alla loro media (in rosso).
Dopo aver analizzato le fotografie con l’ausilio del software, lo step rimanente riguarda la
costruzione della curva granulometrica finale rappresentativa del sito in esame.
A tal scopo è stata considerata la curva granulometrica media per ogni scala di indagine. In
particolare, per quanto concerne la frazione granulometrica fino a 254.00 mm, è stata considerata la
distribuzione dimensionale media delle Aree 1 e 2 generali; per l’intervallo compreso tra 254.00 e 50.80
mm è stata utilizzata la curva media ottenuta dall’analisi delle quattro fotografie della prima quartatura;
per la frazione tra 50.80 e 12.70 mm è stata considerata la distribuzione media ricavata dalle fotografie
raffiguranti la seconda quartatura.
Infine, per quanto riguarda granulometrie inferiori ai 12.70 mm sono stati utilizzati i valori ottenuti
dalle prove di setacciatura e sedimentazione, svolte presso il laboratorio geotecnico del Dipartimento di
Ingegneria Civile, Ambiente e Territorio e Architettura dell’Università degli Studi di Parma, condotte sui
campioni prelevati in sito (Figura 31). Al fine di integrare le curve granulometriche di sito, anche i dati
ottenuti dall'analisi di laboratorio sono stati considerati in termini di percentuale di volume passante.
33
100
Campione 1
90
% Passante in peso
80
Campione 2
Media
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
Diametro grani (mm)
Figura 31 – Grafico raffigurante le curve granulometriche dei due campioni prelevati in sito e della loro media (in
rosso).
L’unione delle curve granulometriche derivanti dall’analisi fotografica è stata realizzata rapportando
i valori percentuali, presi in considerazione per la prima quartatura, alla percentuale di passante in
volume al setaccio virtuale di 254.00 mm, relativo all’Area generale; e, allo stesso modo, rapportando i
valori percentuali medi dell’intervallo d’interesse per la seconda quartatura, alla percentuale di passante
in volume al setaccio virtuale pari a 50.80 mm, relativo alla prima quartatura.
In conclusione, le percentuali di passante, espresse in volume e corrispondenti alla distribuzione
granulometrica rappresentativa dell’intero sito ubicato presso il Lago Blu in Val d’Ayas, sono riportate
in Tabella 4, e la curva di distribuzione granulometrica in Figura 32.
34
Diametro dei grani
[mm]
Passante in volume
[%]
Diametro dei grani
[mm]
1905,000
1270,000
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
4,750
2,000
100,00
89,30
80,41
69,80
54,50
41,05
35,65
29,74
21,98
12,76
11,64
10,36
7,09
5,85
4,62
1,000
0,425
0,250
0,125
0,075
0,0433
0,0322
0,0214
0,0131
0,0096
0,0069
0,0050
0,0035
0,0015
0,0010
Passante in volume
[%]
3,91
3,32
3,05
2,68
2,33
2,10
1,93
1,64
1,42
1,29
1,13
0,98
0,84
0,64
0,58
Tabella 4 – Risultati conclusivi relativi all’analisi granulometrica svoltasi in Val d’Ayas.
100
90
80
70
60
50
Val d'Ayas
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 32 – Distribuzione granulometrica conclusiva relativa all’analisi svoltasi in Val d’Ayas.
35
3.4.2 Val di Rhemes
Nel seguito sono riportate le foto del deposito alle varie scale, le immagini elaborato dal programma
con l'identificazione delle particelle e le curve granulometriche ottenute.
Figura 33 – Area generale 1. Su questa fotografia è stata eseguita una sola quartatura ed è stata utilizzata per la
determinazione della sola frazione granulometrica più grossolana.
Figura 34 – Elaborazione mediante Split Desktop dell’Area generale 1. Area generale 2
36
Figura 35 –. Su tale fotografia, successivamente, sono state eseguite le quartatura, per la determinazione delle frazioni
granulometriche inferiori.
37
I risultati restituiti dal software sono (Tabella 6):
Diametro dei grani
[mm]
(Area 1)
(Area 2)
(Media)
100,00
97,51
86,63
79,36
70,56
58,86
41,54
30,86
27,19
22,74
20,02
16,73
14,70
10,02
100,00
96,50
74,45
58,09
51,10
43,32
34,89
23,78
16,19
13,79
11,00
9,36
7,46
6,34
3,90
100,00
98,25
85,98
72,36
65,23
56,94
46,88
32,66
23,53
20,49
16,87
14,69
12,10
10,52
6,96
1905,000
1270,000
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
Tabella 6 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alle Aree generali 1 e 2 e valori medi.
Le curve granulometriche relative ai valori riportati in Tabella 5.6 sono diagrammate in Figura 37.
100
90
80
70
60
50
Area 2
Area 1
40
Media
30
20
10
0
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 37 – Grafico raffigurante le curve granulometriche relative all’Area generale 1 (in azzurro), all’Area generale 2 (in
nero) e alla loro media (in rosso).
38
Per quanto concerne la prima quartatura, sono state analizzate due fotografie (Figura 38) relative
all’Area 1. Le fotografie si riferiscono al quadrante superiore ed inferiore della metà a destra
dell’immagine generale. In aggiunta alle fotografie sopra citate, sono state elaborate le quattro immagini
ricavate dalla suddivisione dell’Area 2 e mostrate in Figura 39. Nelle Figure Figura 40 e 42 sono
riportate le corrispondenti elaborazioni.
Figura 38 – Fotografie relative alla prima quartatura realizzata nella metà a destra dell’Area 1.
39
Figura 39 – Fotografie relative alla prima quartatura dell’Area 2.
40
41
I risultati restituiti dal software per ambedue le Aree sono riportati in Tabella 7, mentre la curva
granulometrica in Figura 42.
Area 1
Diametro dei grani
[mm]
a destra)
% Passante in vol.
(basso a destra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
97,60
89,72
82,32
72,35
61,46
49,93
39,20
35,45
30,74
27,78
24,08
21,74
16,04
100,00
97,63
92,49
85,54
75,72
61,04
50,92
47,08
42,14
38,94
34,84
32,18
25,42
Diametro dei grani
[mm]
a sinistra)
% Passante in vol.
(basso a sinistra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
92,85
75,41
65,12
55,18
46,58
37,04
27,22
23,95
19,98
17,56
14,63
12,84
8,70
100,00
88,60
77,45
62,33
46,32
29,42
18,59
15,36
11,72
9,68
7,38
6,08
3,40
Area 2
42
Diametro dei grani
[mm]
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
a destra)
% Passante in vol.
(basso a destra)
100,00
89,76
76,03
60,66
46,70
31,41
24,37
22,39
20,25
18,71
16,74
15,45
12,20
100,00
95,86
78,15
69,09
60,63
52,82
45,19
36,02
32,77
28,67
26,08
22,80
20,72
15,58
Tabella 7 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alla prima quartatura delle Aree 1 e 2 e valori medi.
100
90
80
70
60
50
40
30
Area2_alto a destra
Area2_basso a destra
Area2_basso a sinistra
20
Area2_alto a sinistra
Media
10
Area1_alto a destra
Area1_basso a destra
0
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 42 – Grafico raffigurante le curve granulometriche relative alle quartature delle Aree1 e 2 e alla loro media (in
rosso).
43
Successivamente, la fotografia in alto a destra dell’Area 2 è stata ulteriormente suddivisa in quattro
settori (Figura 43). Su ognuna di queste porzioni è stata realizzata l’analisi fotografica in modalità
equivalente alle precedenti (Figura 44).
Figura 43 – Fotografie relative alla seconda quartatura realizzata nell’Area generale 2, sul settore in alto a destra.
44
I risultati restituiti dal software sono riportati in Tabella 8:
Diametro dei grani
[mm]
a sinistra)
a destra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
94,19
73,93
67,25
61,78
54,16
45,41
41,84
39,82
37,13
35,33
32,95
31,34
27,04
100,00
92,07
65,57
55,06
49,97
42,47
38,19
33,22
29,84
21,67
Diametro dei grani
[mm]
% Passante in vol.
(basso a sinistra)
% Passante in vol.
(basso a destra)
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
6,350
4,750
2,000
100,00
99,57
79,33
65,16
52,92
46,01
41,99
36,91
33,71
29,65
27,06
23,79
21,69
16,50
100,00
98,07
89,54
76,75
60,78
52,38
48,96
44,50
41,58
37,78
35,28
28,81
Tabella 8 – Risultati dell’analisi fotografica relativa alla seconda quartatura dell’Area 2 e valori medi.
Le curve granulometriche relative ai valori riportati in Tabella 8 sono diagrammate in Figura 45.
45
100
90
80
Media
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
1000
Diametro grani (mm)
Figura 45 – Ccurve granulometriche relative alle quartature dell’Area 2 e alla loro media (in rosso).
Analogamente a quanto svolto e precedentemente descritto per la Val d’Ayas, anche per la Val di
Rhemes i risultati ottenuti dalle analisi fotografiche sono stati integrati con quelli ottenuti in laboratorio
sui campioni prelevati in sito (Figura 46)
100
Campione 1
90
% Passante in peso
80
Campione 2
Media
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
Diametro grani (mm)
Figura 46 – Grafico raffigurante le curve granulometriche dei due campioni prelevati in sito e della loro media (in
rosso).
46
In conclusione, le percentuali di passante, espresse in volume e corrispondenti alla distribuzione
granulometrica rappresentativa dell’intero sito ubicato presso il Ghiacciaio Tsanteleina in Val di
Rhemes, sono riportate in Tabella 9, mentre in Figura 47 è riportata la distribuzione granulometrica.
Diametro dei grani
[mm]
1905,000
1270,000
635,000
381,000
254,000
203,200
152,400
101,600
50,800
25,400
19,050
12,700
9,530
4,750
2,000
Passante in volume
[%]
Diametro dei grani
[mm]
Passante in volume
[%]
100,00
98,25
85,98
72,36
55,78
47,84
39,75
30,64
14,26
13,21
11,78
10,51
9,73
8,86
1,000
0,425
0,250
0,125
0,075
0,0433
0,0322
0,0214
0,0131
0,0096
0,0069
0,0050
0,0035
0,0015
0,0010
8,30
7,64
7,23
6,68
6,24
5,37
4,78
4,04
3,14
2,58
2,24
1,89
1,63
1,29
1,16
Tabella 9 – Risultati conclusivi relativi all’analisi granulometrica svoltasi in Val di Rhemes.
100
90
80
70
60
50
Val di Rhemes
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 47 – Distribuzione granulometrica conclusiva relativa all’analisi svoltasi in Val di Rhemes.
47
3.5 Effetto scala
Con il termine effetto scala si indicano tutti i fenomeni di dipendenza delle proprietà del materiale
dalla dimensione del campione osservato.
Quando si affronta lo studio di una materiale eterogeneo è necessario definire l'elemento di area
rappresentativo (R.E.A.); questo è il più piccolo elemento di area in grado di rappresentare, almeno in
media, la proprietà del materiale. Generalmente il “Representative Element of Area” indica l'elemento
di area minimo rappresentativo delle caratteristiche del mezzo. Pertanto, con dimensione caratteristica
si intende la grandezza a partire dalla quale una certa proprietà del materiale non risente più della
dimensione del campione; individua, quindi, l'elemento rappresentativo della proprietà stessa.
Quanto segue propone una sintesi di ciò che è stato osservato dalle analisi operate e trattate in
questo elaborato.
L'influenza dell'effetto scala sulla determinazione della distribuzione dimensionale, in funzione
dell'area indagata, è riscontrabile, per entrambi i siti in esame, dai grafici (Figura 48 e Figura 49) sotto
riportati in cui sono state diagrammate le curve granulometriche medie a tutte le scale.
Considerando il D50, per esempio, si può notare come il valore di tale parametro non risulti costate
per ogni scala d'indagine bensì aumenti indagando aree maggiori. Questa variazione nel valore del D50
in funzione dell'estensione dell'area oggetto di studio, evidenzia la presenza dell'effetto scala.
100
generale
I inquartamento
90
II inquartamento
Laboratorio
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 48 – Nel grafico sono riportate tutte le curve granulometriche medie, sia quella di laboratorio che quelle ottenute
dall'analisi fotografica alle differenti scale (Val d'Ayas).
48
100
generale
I inquartamento
90
II inquartamento
Laboratorio
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
Diametro grani (mm)
Figura 49 – Nel grafico sono riportate tutte le curve granulometriche medie, sia quella di laboratorio che quelle ottenute
dall'analisi fotografica alle differenti scale (Val di Rhemes).
Al fine di determinare l’influenza dell’effetto scala sulla determinazione, tramite analisi fotografica,
della distribuzione dimensionale di depositi glaciali dimensionalmente eterogenei, sono stati scelti come
parametri di confronto il D50 (il diametro corrispondente al 50% di passante al setaccio virtuale) ed il
CU (coefficiente di uniformità) definito come il rapporto tra il D60 (diametro corrispondente al 60% di
passante) e il D10 (diametro corrispondente al 10% di passante). L'analisi è stata condotta,
distintamente per entrambi i siti, considerando le curve medie relative alle varie scale analizzate. Nella
Tabella 10 sottostante enelle successive Figure sono riportati i risultati ottenuti.
Tabella 10. – Valori di D50, e CU desunti dalla curve granulometriche ottenute alle varie scale di osservazione..
Area media
D50
D60
D10
CU
Val d'Ayas
Foto generale
Prima quartatura
Seconda quartatura
Laboratorio
[m2]
51,60
5,10
1,00
0,6
[mm]
210
80
16
3
[mm]
300
110
29
6
[mm]
8
1.1
0.1
0.005
37.5
100
290
1200
Val di Rhemes
Foto generale
Prima quartatura
Seconda quartatura
Laboratorio
19.89
8.36
0.94
0.6
110
80
40
0.06
170
110
70
0.2
4
1
0.2
0.001
42.5
110
350
200
49
250,00
d50 [mm]
200,00
150,00
100,00
50,00
0,00
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
Area analizzata [m2]
Figura 50 - Andamento D50 con Area di osservazione (Val d’Ayas).
120,00
d50 [mm]
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
2
Area analizzata [m ]
Figura 51 - Andamento D50 con Area di osservazione (Val di Rhemes).
50
1400
1200
1000
CU
800
600
400
200
0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
Area analizzata [m2]
Figura 52 - Andamento CU con Area di osservazione (Val d’Ayas).
400
350
300
CU
250
200
150
100
50
0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
2
Area analizzata [m ]
Figura 53 - Andamento CU con Area di osservazione (Val di Rhemes).
51
Dai diagrammi si è potuto notare che ogni scala di indagine caratterizza in maniera ottimale un dato
intervallo dimensionale. Infatti, le foto di dettaglio (seconda quartatura) risultano rappresentative della
frazione granulometrica più fine, mentre indagando aree maggiori si ottengono risultati affidabili per il
materiale più grossolano.
Si osserva dai diagrammi sopra riportati che il d50 aumenta al diminuire della scala d’indagine
mentre il coefficiente di uniformità diminuisce. Entrambi i valori tendono ad un asintoto all'aumentare
della scala di riferimento. In entrambi i casi l'asintoto no è raggi
L’area corrispondente al punto in cui la curva raggiunge l’asintoto orizzontale, identifica l’area
rappresentativa elementare (REA).
In conclusione si può affermare che, poichè la % di passante è soggetta ad un effetto scala, è
importante definire un “Representative Element of Area”, ovvero l’area minima rappresentativa che
permetta un’adeguata e corretta caratterizzazione dell’intera variabilità granulometrica presente nel sito
in esame e tale per cui non risenta dell’effetto scala.
Nel presente studio, come si può desumere dai grafici sopra riportati (Figure 78 - 89), non è stata
indagata un’area sufficientemente grande da essere considerata REA in quanto dai grafici che
rapportano il parametri presi in considerazione, CU e d50, con l'area analizzata non si riescono ad
individuare le esatte coordinate (Area; CU) e (Area; d50) alle quali la curva raggiunge l’asintoto. Ciò
evidenzia che l’area esaminata in questo elaborato è inferiore al “Representative Element of Area”.
I risultati ottenuti sono, nonostante ciò, ritenuti affidabili e rappresentativi del sito in esame poichè
derivano dall’unione di curve granulometriche ricavate considerando differenti scale di indagine,
ognuna delle quali è, a sua volta, rappresentativa di un dato intervallo dimensionale. Operando in tal
modo è stato ovviato l’effetto scala.
52
4. PROVE DI TILT TEST
Per studiare come il variare della granulometria e dell’indice dei vuoti possano influire sulle
proprietà meccaniche e in particolare sull’angolo di resistenza φ del materiale, sono state svolte prove di
tilt test con materiale a diverse granulometrie e per ognuna di esse sono state impiegate quattro
modalità di compattazione con energia di compattazione crescente.
4.1 Procedura di calcolo dell’angolo d’attrito mediante tilt test
La prova eseguita con il tilt-test permette di studiare il comportamento al taglio del materiale
detritico semplicemente sfruttando la forza di gravità.
Sostanzialmente si tratta di un piano inclinato sul quale sono poggiate, una sull’altra, le due scatole
piene di materiale. La scatola inferiore è dotata di fondo, mentre quella superiore è composta solo dalle
pareti. All’aumentare dell’angolo α del piano inclinato, aumenta anche la componente del peso del
materiale, contenuto nella scatola superiore, parallela al piano di scorrimento.
W  h   A
(8)
con:
altezza del terreno rispetto al piano di scorrimento
peso specifico del materiale (ricavato durante le analisi di laboratorio)
area del piano di scorrimento, che corrisponde all’area delle scatole.
Il vettore W, peso del materiale contenuto nella scatola superiore, è diretto verticalmente verso il
basso e per angoli α maggiori di zero si può scomporre in due componenti:

Una componente
perpendicolare al piano di scorrimento delle due scatole, che considera
solamente il peso del materiale poiché la scatola superiore grava unicamente sulla struttura della
scatola inferiore.
W  W  cos 

Una componente
(9)
parallela al piano di scorrimento, formata da un primo termine che tiene
conto del peso del terreno W e da un secondo termine che tiene conto della tara della scatola
superiore Wss che influisce con la componente del peso parallela al piano di scorrimento.
W||  W  sen  Wss  sen  (W  Wss )  sen
(10)
53
Figura 54 – Schematizzazione delle forze in gioco.
All’aumentare dell’angolo α del piano inclinato, aumenta anche la componente
La tensione normale media
.
(considerata uniformemente distribuita) agente lungo il piano di
scorrimento può essere determinata dalla:

W
A
(11)
Mentre la tensione tangenziale media lungo il piano di scorrimento è pari a:

W||
(12)
A
Applicando il criterio di rottura di Coulomb e assumendo una coesione c nulla del materiale si
ottiene la tensione tangenziale resistente τ è espressa come:
 res    tan 
Pertanto l’angolo d’attrito
(13)
viene determinato come:
54
  res 

  
 '  arctan
(14)
Nella configurazione di incipiente movimento della scatola superiore è possibile assumere che la
componente di tensione tangenziale agente τ (che induce il movimento) eguagli la resistenza offerta dal
materiale
e pertanto, l'angolo d'attrito φ può essere calcolato come:
W 
 
 '  arctan   arctan || 
 
 W 
(15)
4.2 Unione delle curve granulometriche
E’ stato necessario unire i due campioni provenienti dalla Val d’Ayas per avere abbastanza materiale
da impiegare nel tilt test; la stessa cosa è stata fatta per i due campioni provenienti dalla Val di Rhèmes.
Così anche le due curve granulometriche di Ayas e le due curve granulometriche di Rhèmes sono state
unite sommando i pesi progressivi e i pesi totali dei relativi due campioni e calcolando su questi ultimi
le nuove percentuali. Si è considerato il passante al setaccio da 37,5 mm come la totalità del materiale.
L’unione delle code delle curve granulometriche, ricavate per sedimentazione, è stata calcolata
facendo la media dei diametri virtuali ottenuti in ogni campione e la media pesata delle percentuali
sul peso totale di ognuno dei due campioni.
55

Unione delle due curve granulometriche del sito di Rhèmes
SETACCIATURA AD UMIDO Rhèmes
Apertura
Peso
Peso
setac./criv.
setaccio
setaccio+
U.N.I.
Peso terreno Peso terreno Peso terreno Percentuale
trattenuto
Percentuale
trattenuto
passante
terreno
terreno
prog.
prog.
trattenuto
passante
(g)
(g)
%
%
terreno
(mm)
(g)
(g)
37,5
1228,80
1228,80
0,00
0,00
1055,23
0,00
100,00
20
1394,68
1451,73
57,05
57,05
998,18
5,41
94,59
10
1139,47
1193,42
53,95
111,00
944,23
10,52
89,48
9,500
439,75
443,55
3,80
114,80
940,43
10,88
89,12
4,750
405,20
474,90
69,70
184,50
870,73
17,48
82,52
2,000
368,10
444,80
76,70
261,20
794,03
24,75
75,25
1,000
357,20
407,70
50,50
311,70
743,53
29,54
70,46
0,425
281,85
341,45
59,60
371,30
683,93
35,19
64,81
0,250
272,91
309,20
36,29
407,59
647,64
38,63
61,37
0,125
267,97
318,43
50,46
458,05
597,18
43,41
56,59
0,075
250,29
290,99
40,70
498,75
556,48
47,26
52,74
100,00
0,00
(g)
FONDELLO
1055,23
Parte fine da SEDIMENTAZIONE Rhèmes
Diametro
P% sul
37,5
percentuali
pas. allo
20
(%)
0,075 (%)
0,04392
85,85
45,27
0,03226
76,22
40,20
2
0,02143
64,54
34,04
0,425
0,01307
50,11
26,42
0,00953
41,17
21,71
0,075
0,0439
0,00686
35,67
18,81
0,0323
equivalente diametri
(mm)
(mm)
0,04453
0,04332
0,03227
0,03225
0,02149
0,02137
0,01307
0,01306
0,00956
0,00951
0,00688
0,00685
0,00495
0,00493
0,00355
0,00353
0,00147
0,00146
0,00105
0,00104
D
Media pesata
Media
10
9,5
4,75
1
0,25
0,125
0,0214
0,00494
30,17
15,91
0,0131
0,0095
0,00354
26,05
13,74
0,00147
20,55
10,84
0,00104
18,49
9,75
0,0069
0,0049
0,0035
0,0015
0,0010
P(%)
100,00
94,59
89,48
89,12
82,52
75,25
70,46
64,81
61,37
56,59
52,74
45,27
40,20
34,04
26,42
21,71
18,81
15,91
13,74
10,84
9,75
56
Figura 55 – Curva granulometrica risultato dell’unione tra le due curve del materiale di Rhèmes
57

Unione delle due curve granulometriche del sito di Ayas
SETACCIATURA AD UMIDO Ayas
Apertura
Peso
Peso
setac./criv.
setaccio
setaccio+
U.N.I.
Peso terreno Peso terreno Peso terreno Percentuale
trattenuto
terreno
Percentuale
trattenuto
passante
terreno
terreno
prog.
prog.
trattenuto
passante
(mm)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
%
%
37,5
1228,80
1228,80
0,00
0,00
1068,52
0,00
100,00
20
1394,68
1533,22
138,54
138,54
929,98
12,97
87,03
10
1139,47
1324,94
185,47
324,01
744,51
30,32
69,68
9,500
439,75
448,94
9,19
333,20
735,32
31,18
68,82
4,750
405,15
533,85
128,70
461,90
606,62
43,23
56,77
2,000
368,10
495,40
127,30
589,20
479,32
55,14
44,86
1,000
357,20
430,70
73,50
662,70
405,82
62,02
37,98
0,425
281,96
343,15
61,19
723,89
344,63
67,75
32,25
0,250
273,05
301,73
28,68
752,57
315,95
70,43
29,57
0,125
267,81
306,48
38,67
791,24
277,28
74,05
25,95
0,075
250,43
286,19
35,76
827,00
241,52
77,40
22,60
100,00
0,00
FONDELLO
1068,52
Parte fine da SEDIMENTAZIONE Ayas
Diametro
Media pesata
P% sul
percentuali
pas. allo
(%)
0,075 (%)
0,04515
89,79
20,29
0,03285
82,73
18,70
Media
equivalente diametri
(mm)
(mm)
0,04595
0,04435
0,03353
0,03216
0,02222
0,02132
0,01325
0,01272
0,00956
0,00914
0,00689
0,00662
0,00495
0,00480
0,00356
0,00345
0,00149
0,00144
0,00106
0,00103
D
37,5
20
10
9,5
4,75
2
1
0,02177
70,21
15,87
0,425
0,25
0,01298
60,82
13,75
0,125
0,00935
55,33
12,51
0,075
0,0451
0,00676
48,29
10,92
0,00487
42,05
9,51
0,0328
0,0218
0,0130
0,0093
0,00351
35,79
8,09
0,0068
0,0049
0,00147
27,17
6,14
0,00104
24,83
5,61
0,0035
0,0015
0,0010
P(%)
100,00
87,03
69,68
68,82
56,77
44,86
37,98
32,25
29,57
25,95
22,60
20,29
18,70
15,87
13,75
12,51
10,92
9,51
8,09
6,14
5,61
58
Figura 56 – Curva granulometrica risultato dell’unione tra le due curve del materiale di Ayas
59
4.3 Riscalatura delle curve granulometriche
Il materiale è stato utilizzato nelle prove dopo una fase di essicazione in forno. Durante lo
svolgimento delle prove il materiale ha assorbito l’umidità ambientale, perciò per dare un’indicazione
sul contenuto d’acqua del materiale analizzato, per ogni campione sono stati pesati due recipienti pieni,
prima e dopo l’essicazione in forno. Sono stati così ottenuti i valori del contenuto d’acqua del materiale
impiegato: 0,10% per il campione di Rhèmes e 0,17% per il campione di Ayas.
Le diverse granulometrie con cui si sono fatte le prove sono state ricavate utilizzando il materiale
passante al setaccio da 37,5 mm, al crivello da 20 mm, al setaccio da 10 mm e al setaccio da 5 mm.
Figura 57 – Setacciatura del materiale di Ayas al setaccio da 10 mm.
Per mettere in relazione l’angolo di attrito determinato con il tilt-test con le diverse granulometrie
del materiale impiegato, le curve granulometriche sono state riscalate in modo da ottenere una diversa
curva granulometrica, con diversi Cu e Cc, per ognuno dei quattro passanti analizzati.
Nelle Figure 96 e 97 sono riportate le curve riscalate per il ogni diametro di setaccio utilizzato, sia
per Rhèmes che per Ayas.
Una volta ottenuti i parametri CU e Cc per ogni assortimento granulometrico, è possibile correlare
questi parametri all’angolo di resistenza al taglio φ ottenuto dal tilt-test.
60

Rhèmes
Campione
5 mm
10 mm
20 mm
37,5mm
D60
0,06
0,08
0,12
0,2
D30
0,012
0,014
0,015
0,017
D10
0,0007
0,0008
0,001
0,001141
Cu
85,7
100,0
120,0
175,3
Cc
3,4
3,1
1,9
1,3
Figura 58 – Curve granulometriche del materiale di Rhèmes riscalate e, associati in tabella, i relativi coefficienti di
uniformità e curvatura.
61

Ayas
Campione
5
10
20
37,5
D60
0,6
1,3
3,3
5,7
D30
0,026
0,05
0,11
0,22
D10
0,0011
0,0021
0,0041
0,0056
Cu
545,5
619,0
804,9
1017,9
Cc
1,0
0,9
0,9
1,5
Figura 59 – Curve granulometriche del materiale di Ayas riscalate e, associati in tabella, i relativi coefficienti di
uniformità e curvatura.
62
4.4 Progettazione e realizzazione dell’apparato per effettuare il tilt test
Per la progettazione del Tilt Test impiegato in questo lavoro si è preso spunto dall’esperienza di
Barton et al (2008) e si è cercato di adattare lo strumento allo studio della parte fine del materiale
morenico oggetto di analisi.
Come già accennato, la prova di tilt test ha il vantaggio che, a differenza delle convenzionali scatole
di taglio, lo sforzo indotto sul materiale è uniforme, infatti questo è dovuto semplicemente alla forza
gravitazionale.
Non bisogna però trascurare il peso della scatola superiore, infatti, anche se può scorrere
liberamente con bassissimo attrito su quella sottostante, essa influisce con la componente del peso
parallela al piano di scorrimento.
Con la prova di tilt-test è possibile inoltre calcolare l’indice dei vuoti del materiale per ogni grado di
compattazione in cui si trova: si conoscono infatti il volume della scatola e il peso del materiale che
contiene.
4.4.1 Logiche costruttive
Durante la progettazione dello strumento si è dovuto tener conto di tutti gli aspetti organizzativi e
pratici delle prove (i materiali da usare, la meccanica del movimento e la tipologia di strumenti di misura
da inserire per effettuare le letture) per individuare la procedura più idonea per realizzarlo.
Criteri di scelta delle dimensioni e dei materiali
Le dimensioni del tilt-test e i materiali impiegati sono stati determinati in base a:

Quantità di materiale morenico a disposizione e suo peso specifico, ricavato nella parte di
analisi di laboratorio.

Ricerca di una superficie del piano si scorrimento abbastanza rappresentativa in relazione alle
dimensioni massime di aggregato che è stato impiegato.

Ingombro in laboratorio e facilità di trasporto.

Efficienza di lavorazione e impiego.

Economicità.
4.4.2 Le parti dello strumento e i materiali impiegati

Base e piano inclinato
63
La base serve come piano di appoggio dello strumento e come riferimento per le letture che
portano alla determinazione dell’angolo α. Il piano inclinato, fissato alla base con due cardini da porta, è
completato con tre sponde: due laterali che hanno una funzione di contenimento del materiale e una
frontale, che ha anche la funzione di fermare lo scivolamento della scatola. Base e piano inclinato sono
stati realizzati con pannelli di compensato di 0.8 cm di spessore. Le varie parti sono state assicurate con
viti da legno e angolari in acciaio. La base ha una superficie di 60x50 cm, il piano inclinato 40x50 cm, la
sponda frontale 30x40 cm e quelle laterali 30x10.
Figura 60 – Fotografia della base e del piano inclinato dello strumento.

Sistema di sollevamento del piano inclinato
Durante le prove occorre aumentare l’angolo α in modo lento, preciso e il meno possibile impulsivo
in modo da effettuare una lettura accurata.
Inoltre il sistema di sollevamento deve essere fatto in modo da poter interrompere l’aumento
dell’inclinazione del piano in qualsiasi momento, non appena si osserva l’inizio del movimento della
scatola superiore sul piano di scivolamento.
Per far questo si è scelto di avvalersi di una barra filettata di 1 cm di diametro, incernierata sul
pannello di base con due piccoli angolari e una vite con funzione di perno, che permettesse un grado di
libertà alla rotazione della barra. La barra filettata è stata fatta passare attraverso il piano inclinato per
64
mezzo di un foro del diametro maggiore di un cm e opportunamente svasato per permettere il
raggiungimento di elevati valori di α.
Al di sotto del piano inclinato, avvitata alla barra filettata, è stata posta una manopola in plastica con
un foro controfilettato dello stesso diametro della barra che permette di aumentare manualmente
l’inclinazione del piano in modo lento e continuo.
Figura 61 – Fotografia del sistema di sollevamento del piano inclinato.

Modalità di lettura dello strumento
Per effettuare la lettura dell’angolo α, in un primo momento, si è preso in considerazione un
metodo diretto, attraverso l’utilizzo di un goniometro montato sulla base, con il suo centro in
corrispondenza dell’asse delle cerniere. Questa modalità è stata poi scartata per la difficoltà di fissaggio
del goniometro sullo strumento con una precisione accettabile.
Si è quindi deciso di determinare α con un metodo indiretto, attraverso la misura di due distanze:
una verticale y, variabile con l’inclinazione del piano e una orizzontale fissa x.
65
La misura della distanza verticale y viene effettuata attraverso l’impiego di un’asta graduata in
acciaio fissata sul piano di base con un angolare, viti e dadi. Lo zero dell’asta graduata è posto alla stessa
altezza dell’asse delle cerniere, rispetto al piano di base. La lunghezza x orizzontale fissa è una misura
della distanza che intercorre tra l’asse delle cerniere e l’asta graduata.
Per consentire l’esatta misura di y, sul piano inclinato sono state montate delle barrette di acciaio
distanziatrici che sporgono dal piano inclinato della stessa distanza che c'è tra l’asse delle cerniere e la
superficie inferiore del piano inclinato.
In Figura 62 sono mostrate le due distanze rispetto al corpo dello strumento.
Figura 62 – Schema della modalità di lettura dello strumento
Il valore di α è determinabile con la seguente formula:
Y 

X
  arctan
(16)
66

Scatole di taglio
Le scatole sono state realizzate in plexiglass in modo da poter osservare, sia le fessurazioni e i
piccoli movimenti che il materiale compie nel corso della prova, che la forma del piano di scivolamento
una volta che si è verificato lo scorrimento.
Per conferire l’adeguata robustezza alle scatole, i pannelli di plexiglass utilizzati hanno uno spessore
di 0,8 cm. I pannelli sono tenuti insieme da barre angolari in alluminio, poste sia internamente sia
esternamente e fissate con viti e dadi.
La scatola inferiore dotata di fondo ha dimensioni 30x20x10 cm, mentre la scatola superiore
composta solo dalle pareti è 30x20x15 cm, per un volume complessivo di 15.000 cm3.
Nella procedura di calcolo l’attrito tra i bordi della scatola inferiore e quelli della scatola superiore è
stato considerato nullo.
Per giustificare questa assunzione, operativamente sono stati applicati lungo tutti i bordi soggetti
allo scivolamento, sia della scatola inferiore che di quella superiore, delle strisce di teflon dello spessore
di 0,8 mm. Le strisce sono state fissate al plexiglass con del nastro biadesivo. Inoltre per ogni prova sul
teflon è stato passato dell’olio di vaselina. Queste operazioni hanno consentito di considerare
trascurabile l’attrito tra le due scatole.
Per evitare che durante lo scivolamento la scatola superiore sbandasse lateralmente si è deciso di
fissare quattro piccole guide in acciaio in corrispondenza del bordo di scorrimento e avvitate alle pareti
laterali della scatola inferiore.
67
Figura 63 – Caratteristiche delle scatole di plexiglass.
La scatola inferiore è tenuta ferma sul piano inclinato da due alette di acciaio a “L”, in modo che
con l’aumentare di alfa non scivoli fino alla sponda frontale.
Per evitare che durante le operazioni di riempimento si verifichino lo scivolamento della scatola
superiore e la perdita di materiale, si è realizzato un telaietto di legno tenuto insieme da quattro angolari
in acciaio fissati con viti da legno.
Questo telaio viene infilato sulla scatola superiore e, poggiando sulle viti che fissano le quattro
guide, va a fermarsi in corrispondenza del piano di scivolamento impedendo così qualsiasi movimento
relativo delle scatole durante le fasi di preparazione della prova. Una volta terminate le fasi di
preparazione il telaio è facilmente rimuovibile.
68
Figura 64 – Fotografia del telaio posto sulle scatole in corso di riempimento.
4.5 Modalità di compattazione
Per tutti e quattro i passanti di entrambi i campioni, Rhèmes e Ayas, sono state effettuate prove a
quattro gradi compattazione crescenti.
Ognuno dei quattro gradi di compattazione è caratterizzato da un’energia di compattazione
maggiore rispetto al precedente, ottenendo così quattro indici dei vuoti decrescenti.
Per quanto riguarda il calcolo dell’indice dei vuoti e, occorre innanzitutto fare presente che il
materiale totale impiegabile nelle prove non era tale da riempire completamente le due scatole. Quindi
per determinare il volume occupato dai grani nella scatola superiore è stato necessario procedere con la
misura dell’altezza a cui il terreno, una volta spianato, si disponeva rispetto al piano di scorrimento.
In Figura 103 questa altezza è stata indicata con h, mentre c è l’altezza della scatola inferiore.
69
Figura 65– Schematizzazione delle misure fatte durante il procedimento di determinazione dell’indice dei vuoti.
La misura dell’altezza h è stata ottenuta per praticità come differenza tra l’altezza totale della scatola
superiore (indicata con la lettera d inFigura 65) e l’altezza h’ che va dal livello del materiale al bordo
superiore della scatola: ciò e espresso mediante la relazione 3.3, nella quale le 5 misure di h’ sono quelle
eseguite nei punti rappresentati in rosso in Figura 65.
h
hd
5 '
(17)
1
5
La media delle cinque misure di consente di avere una stima del volume che sia abbastanza accurata,
viste le difficoltà di creare un piano del materiale perfettamente parallelo a quello del fondo della
scatola, soprattutto quando si effettuano prove con materiale di granulometria elevata.
Una volta nota h e posta l’area di base delle scatole A= a b, il calcolo dell’indice dei vuoti passa
attraverso la determinazione di due volumi:
Vtot: Volume della parte delle due scatole occupata dal terreno, determinabile attraverso la somma
del volume della scatola inferiore Vinf e del volume della parte occupata dal terreno nella scatola
superiore Vsup.
Vtot  A  c  A  h  Vinf  Vsup
(18)
70
Vs: Volume occupato dai grani, dato dal rapporto tra il peso Wtot di tutto il materiale contenuto nelle
scatole e il suo peso specifico γ. Il γ del materiale proveniente da ognuno dei due siti è dato dalla media
di γ1 e γ2, pesi specifici dei due campioni per ogni sito ricavati dalle analisi di laboratorio.
Vs 
Vtot
(19)

A questo punto è possibile ricavare l’indice dei vuoti e dato dal volume dei vuoti
riferito al volume della fase solida
e
.
Vtot  Vs Vv

Vs
Vs
(20)
Inizialmente si sono scelte quattro modalità di compattazione, ognuna con la sua procedura di
esecuzione che è stata riprodotta nel modo più fedele possibile in tutte le prove, in modo da garantire
l’uniformità dei risultati e la ripetibilità dell’esperienza:
Compattazione 0: rappresenta la compattazione minima, dove il materiale viene posto all’interno
delle scatole in modo da farlo cadere da qualche cm per simulare una condizione indisturbata.
Compattazione 1: per ogni strato di 4-5 cm di materiale viene poggiata una massa di 1,16 Kg
(rappresentata da una mazzetta in ferro), su un listello di legno di area 4x20 cm.
Figura 66 – Modalità di compattazione 1.
71

Compattazione 2: per ogni strato di 4-5 cm di materiale viene poggiata la massa di 1,16 Kg
senza listello di legno sottostante, in modo da applicare lo stesso carico su un’area che è circa la
metà (4x10 cm), aumentando così la pressione di compattazione.
Figura 67 – Modalità di compattazione 2.

Compattazione 3: è il grado massimo di compattazione, che vede lo stesso carico di 1,16 Kg e
area 4x10 cm, cadere da un’altezza di 3 cm sulla superficie del materiale, per ogni strato di 4-5
cm di quest’ultimo.
Anche nel tentativo di ricreare un grado di compattazione il più possibile uniforme, questo sarà
tanto più elevato quanto più si è vicini alla superficie di uno degli strati compattati.
È importante che nessuno degli strati di materiale compattato vada a formarsi all’altezza del piano
di scivolamento, in modo da non creare un piano di scivolamento preferenziale per il materiale,
situazione che andrebbe a falsare il risultato.
72
4.6 Fasi preliminari del tilt-test
Prima di effettuare ogni prova occorre:

Pesare la tara della scatola superiore per determinare Wss, che influisce con la componente del
peso parallela al piano di scorrimento.

Pulire i bordi di contatto tra le scatole dalla polvere e passare l’olio di vaselina sulle strisce di
teflon in modo da ridurre al minimo l’attrito.

Abbassare il piano inclinato ruotando la manopola sulla barra filettata fino a fine corsa. In
questo modo di porta l’angolo α al suo valore minimo, che non è zero perché è sempre presente
l’ingombro della manopola.

Riempire le scatole con l’opportuna modalità di compattazione ed effettuare più pesate (con
precisione di almeno 5 g) per determinare il peso del materiale contenuto nella scatola inferiore
Winf e quello contenuto nella scatola superiore Wsup. Tramite Wsup si calcolano le tensioni σ e τ,
mentre con la somma Winf + Wsup = Wtot si andrà a determinare l’indice dei vuoti.

Una volta riempite le scatole e spianato il materiale con l’ausilio di una spatola di metallo, si
effettua la misura dell’altezza h attraverso la media delle cinque misure di h’ come illustrato nella
procedura di calcolo.

Rimuovere il telaio.
4.7 Realizzazione delle prove di Tilt Test
Una volta rimosso il telaio si aumenta l’angolo α agendo sulla manopola di sollevamento fino a che
non si cominciano a notare delle fessurazioni all’interno della matrice del materiale; a questo punto
occorre procedere lentamente finché non si verifica il cedimento a taglio del materiale e la formazione
del piano di scivolamento.
Per migliorare la ripetibilità della prova le scatole sono state contrassegnate in modo che lo
scivolamento avvenga sempre nella stessa direzione.
73
Figura 68 – Formazione del piano di scivolamento e delle fessurazioni nel materiale.
A questo punto si effettua la lettura dell’altezza y sull’asta graduata e si procede con il calcolo di α, φ
ed e. Le scatole in plexiglass offrono la possibilità di apprezzare, in forma qualitativa, la formazione
delle fessurazioni, l’andamento del piano di scivolamento, la porosità del materiale ai vari gradi di
compattazione e granulometria, la disposizione dei grani a diametro maggiore e la loro eventuale
influenza sul processo di prova.
74
Figura 69 – Ayas, passante al setaccio da 10 mm, grado di compattazione 0.
Figura 70 – Ayas, passante al setaccio da 5 mm, grado di compattazione 2
75
4.7.1 Problematiche operative e modifiche allo strumento
Durante lo svolgimento delle prove si sono presentate alcune problematiche, non previste in fase di
progetto, che hanno richiesto la modifica o l’aggiunta di alcune parti al tilt-test.
La prima modifica apportata è stata quella di introdurre un doppio fondo nella scatola inferiore,
scelta determinata dal poco materiale disponibile, soprattutto per quanto riguarda il passante a 10 e 5
mm. Lo scopo è quello di aumentare il battente sul piano di scorrimento e ridurre il peso dell’attrito e
della componente del peso della scatola superiore lungo il piano di scorrimento, rispetto alla
componente data dal peso del terreno.
Figura 71 – Realizzazione del doppio fondo.
Nel quantificare l’altezza degli spessori si è assunto che il doppio fondo dovesse distare dal piano di
scorrimento almeno 2 o 3 volte il diametro massimo dei grani presenti nell’aggregato.
Di norma per il passante al setaccio da 5 mm e 10 mm si è posto il fondo alla distanza di 3,3 cm dal
piano di scivolamento, mentre per il passante al setaccio da 20 mm si è posto il fondo a 4 cm dal piano
di scivolamento. Per il campione di Ayas passante al setaccio da 37,5 mm il fondo è stato posto a 8 cm
dal piano di scivolamento.
76
Figura 72 – Doppio fondo posto a 4 cm dal piano di scivolamento.
Un’altra modifica è stata dettata dal fatto che il campione di Ayas, più ghiaioso di quello di Rhèmes,
ha presentato un angolo di resistenza φ più alto di quello che si era stimato in fase progettuale. Questo
ha determinato, per alcuni campioni ad elevata granulometria e compattazione, l’arrivo a fine corsa della
barra filettata e l’uscita del piano inclinato dal range misurabile dell’asta graduata.
Figura 73 – Uscita del piano inclinato dal range di misura dell’asta graduata e raggiungimento della fine corsa sulla barra
filettata.
77
Per risolvere questo problema si è fatto ricorso ad una barra filettata di lunghezza maggiore (50 cm)
e si è spostato l’asta graduata di circa 5 cm verso la cerniera. Si è dovuto inoltre aggiungere una barretta
distanziatrice che permettesse la lettura di y per questi elevati valori di α.
4.8 Risultati
Di seguito vengono presentati i risultati ottenuti dalle prove di tilt test effettuate.
Nel campione di Rhèmes, per ogni grado di compattazione di tutte le granulometrie analizzate, sono
state fatte tre ripetizioni della prova, allo scopo di avere indicazioni sulla ripetibilità dei risultati ottenuti.
Nel campione di Ayas, sono state invece svolte tre ripetizioni solo per le prove che vedevano al loro
interno un più grande scarto dell’angolo α. Per le prove che fornivano valori simili di φ ed e, sono state
effettuate due ripetizioni.
Nel corso delle prove si è notato che, per angoli minori dell’angolo di scivolamento α, la scatola
superiore subiva piccoli movimenti di scorrimento, dai 2 ai 10 mm, sul piano di scorrimento, senza
però effettuare lo scivolamento completo, che avveniva per angoli α maggiori. Queste evidenze
sperimentali portano a ipotizzare che la causa di questi piccoli movimenti sia un primo ingranamento
del materiale sottoposto alla crescente tensione di taglio agente sul piano di scorrimento. Questo
fenomeno è legato al concetto di dilatanza, ossia dal fatto che, nel corso di una prova di taglio, le
deformazioni di un mezzo granulare sono accompagnate da variazioni di volume.
In sede di prova sono stati riportati i valori dell’angolo α per il quale avvengono questi primi
movimenti.
Di seguito sono riportate le tabelle con i risultati delle prove di tilt-test.
78

Rhèmes:
Compattazione 0
Massa scatola inf. [Kg]
2,320
2,730
2,860
solo terreno
Massa scatola sup. [Kg]
10,075
9,990
9,770
solo terreno
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
2,91
3,02
3,03
3,010
3,045
3,170
3,16
3,49
3,09
10,20
10,20
10,28
9,875
9,990
9,700
9,98
10,04
10,08
Battente sul piano di
0,1070
scorrimento [m]
0,1100
0,1100
0,11
0,11
0,11
0,0970 0,0980
0,0960
0,09
0,10
0,09
Volume occupato dal
0,0084
terreno [m3]
0,0086
0,0086
0,01
0,01
0,01
0,0078 0,0079
0,0077
0,01
0,01
0,01
10,50
11,00
10,50
15,50
14,50
16,00
20,00
21,50
20,50
23,50
22,50
24,00
11,40
11,90
12,10
18,10
17,30
17,40
21,70
22,50
22,00
24,90
24,20
25,00
22,54
23,50
22,54
31,49
29,82
32,31
38,33
40,36
39,02
42,89
41,65
43,49
24,26
25,19
25,56
35,58
34,36
34,52
40,62
41,65
41,01
44,54
43,73
44,66
1,72
1,69
3,02
4,09
4,55
2,21
2,29
1,29
1,99
1,66
2,08
1,17
W [N]
98,80
97,96
95,80
99,97
99,97
100,76
96,83
97,96
95,12
97,86
98,45
98,80
W┴ [N]
90,07
88,65
86,43
81,31
82,52
83,02
73,50
73,20
71,78
69,75
71,15
70,27
Altezza Y di inizio
movimento [cm]
Altezza Y misurata (cm)
Angolo
di
inizio
movimento [°]
Angolo di scivolamento
[°]
Delta angolo [°]
σ [N/m2]
1501,23 1477,43 1440,48 1355,12 1375,40 1383,64 1225,03 1220,03 1196,28 1162,49 1185,76 1171,24
τ [N/m2]
676,44
694,92
688,92
969,47
940,49 951,59 1050,71 1085,01 1040,24 1144,11 1134,21 1157,35
0,0044
0,0045
0,0045
0,0047
0,0047 0,0047 0,0046 0,0046
0,91
0,90
0,91
0,79
103,33
107,05
108,52
146,35
779,77
801,97
797,45 1115,82 1082,46 1094,12 1214,47 1252,15 1205,29 1320,54 1308,07 1334,14
27,4
28,5
Volume occupato dai
grani [m3]
e indice vuoti
Componente di taglio
della scatola τ' [N/m2]
τ compresa comp.
Scatola [N/m2]
Angolo d'attrito φ [°]
29,0
39,47
0,79
0,75
0,71
0,70
141,97 142,53 163,75 167,15
38,20
38,34
44,8
45,7
0,0046
0,69
165,04
45,2
0,0047 0,0048 0,0047
0,61
0,60
0,62
176,43 173,86 176,79
48,64
47,81
48,72
Tabella 11 - Rhèmes, passante al setaccio 5 mm. Fondo posto a 3,3 cm dal piano di scorrimento.
79
Compattazione 0
3,330
3,315
3,325
solo terreno
11,260 11,305 11,205
solo terreno
0,1240 0,1200 0,1205
scorrimento [m]
Volume occupato dal
0,0094 0,0092 0,0092
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
11,00
10,80
12,00
movimento [cm]
13,30
12,80
13,10
Angolo
di
inizio
movimento [°]
[°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
3,59
3,56
3,63
3,210
3,160
3,130
3,31
3,44
3,27
11,23
11,37
11,51
11,665 11,730
11,710
11,64
11,90
11,69
0,12
0,12
0,12
0,1140 0,1130
0,1130
0,11
0,11
0,11
0,01
0,01
0,01
0,0088 0,0088
0,0088
0,01
0,01
0,01
15,30
15,50
15,50
17,00
18,00
19,00
21,00
22,00
22,50
17,30
17,20
16,90
18,90
19,90
21,70
22,60
23,60
24,00
23,50
23,12
25,38
31,16
31,49
31,49
33,90
35,43
36,91
39,69
41,01
41,65
27,73
26,84
27,37
34,36
34,21
33,74
36,76
38,19
40,62
41,77
43,01
43,49
4,23
3,72
2,00
3,20
2,72
2,25
2,86
2,76
3,71
2,08
2,00
1,84
W [N]
110,42
110,86
109,88
110,12
111,49 112,87 114,39 115,02
114,83
114,14 116,64 114,63
W┴ [N]
97,73
98,92
97,57
90,90
92,20
87,16
85,12
93,85
91,64
90,41
85,29
83,17
σ [N/m2]
1628,90 1648,63 1626,20 1515,03 1536,74 1564,23 1527,33 1506,81 1452,66 1418,75 1421,57 1386,09
τ [N/m2]
856,30
834,09
842,03 1035,97 1044,74 1044,88 1140,97 1185,20 1245,96 1267,34 1326,05 1314,87
0,0052
0,0052
0,0053
0,77
0,79
0,71
117,04
113,55
115,65
141,97
973,34
947,64
957,68 1177,94 1186,15 1184,59 1291,50 1340,70 1409,71 1434,90 1497,62 1487,98
30,9
29,9
Volume occupato dai
0,0052
grani [m3]
e indice vuoti
0,82
0,0053 0,0054 0,0053 0,0053
0,72
0,74
0,67
0,66
0,0053
0,66
0,0053 0,0054 0,0053
0,59
0,52
0,57
τ compresa comp.
Scatola [N/m2]
30,5
37,87
141,41 139,71 150,53 155,50
37,66
37,14
40,2
41,7
163,75
44,1
167,56 171,57 173,10
45,32
46,49
47,03
Tabella 12 - Rhèmes, passante al setaccio 10 mm. Fondo posto a 3,3 cm dal piano di scorrimento.
80
Compattazione 0
4,620
4,245
4,420
solo terreno
10,305 10,480 10,420
solo terreno
0,1050 0,1050 0,1050
scorrimento [m]
Volume occupato dal
0,0087 0,0087 0,0087
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
13,50
12,80
13,00
movimento [cm]
15,70
14,40
15,90
Angolo
di
inizio
movimento [°]
[°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
4,45
4,17
4,78
5,060
4,690
4,845
4,24
4,48
4,07
11,88
10,87
10,19
11,110 11,205
10,700
11,28
11,76
11,13
0,12
0,10
0,10
0,1050 0,1050
0,1050
0,10
0,11
0,10
0,01
0,01
0,01
0,0087 0,0087
0,0087
0,01
0,01
0,01
15,50
16,60
16,50
18,90
21,10
19,50
24,00
24,50
25,00
18,00
19,50
19,80
21,30
22,40
21,70
29,80
27,60
27,40
28,08
26,84
27,20
31,49
33,27
33,11
36,76
39,83
37,62
43,49
44,08
44,66
31,82
29,65
32,15
35,43
37,62
38,05
40,09
41,52
40,62
49,67
47,49
47,28
3,74
2,81
4,95
3,94
4,35
4,94
3,33
1,69
3,00
6,18
3,41
2,62
W [N]
101,05
102,77
102,18
116,45
106,54
99,92
108,94 109,88
104,92
110,61 115,27 109,09
W┴ [N]
85,86
89,31
86,51
94,88
84,39
78,69
83,34
79,64
71,59
82,27
77,89
74,01
σ [N/m2]
1431,03 1488,56 1441,87 1581,38 1406,43 1311,50 1389,03 1371,10 1327,37 1193,14 1298,17 1233,45
τ [N/m2]
888,03
Volume occupato dai
0,0053
grani [m3]
e indice vuoti
0,64
132,62
τ compresa comp.
1020,66
Scatola [N/m2]
35,5
847,24
906,16 1125,09 1084,01 1026,39 1169,42 1213,94 1138,49 1405,35 1416,19 1335,83
0,0052
0,0053
0,0058
0,66
0,65
0,63
124,42
133,84
145,81
0,0053 0,0053 0,0057 0,0056
0,57
0,58
0,52
0,54
153,55 155,02 161,99 166,73
0,0055
0,58
163,75
0,0055 0,0058 0,0054
0,53
0,51
0,56
191,74 185,41 184,79
971,66 1039,99 1270,90 1237,56 1181,41 1331,41 1380,67 1302,25 1597,10 1601,60 1520,62
33,1
35,8
38,79
41,35
42,01
43,8
45,2
44,5
53,24
50,97
50,95
Tabella 13 - Rhèmes, passante al setaccio 20 mm. Fondo posto a 4 cm dal piano di scorrimento.
81
Compattazione 0
4,620
4,245
4,420
solo terreno
10,305 10,480 10,420
solo terreno
0,1050 0,1050 0,1050
scorrimento [m]
Volume occupato dal
0,0087 0,0087 0,0087
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
13,50
12,80
13,00
movimento [cm]
15,70
14,40
15,90
Angolo
di
inizio
movimento [°]
[°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
11,05
11,09
10,96
11,482 10,667
11,427
11,47
12,06
11,06
9,15
8,90
9,15
9,205
9,995
9,170
9,14
8,80
9,56
0,08
0,08
0,08
0,0800 0,0850
0,0800
0,08
0,08
0,08
0,01
0,01
0,01
0,0108 0,0111
0,0108
0,01
0,01
0,01
19,50
19,00
20,00
23,90
22,50
24,00
25,90
26,60
26,30
21,60
20,50
21,90
25,00
23,60
24,60
26,80
29,80
27,00
28,08
26,84
27,20
37,62
36,91
38,33
43,37
41,65
43,49
45,67
46,43
46,11
31,82
29,65
32,15
40,49
39,02
40,88
44,66
43,01
44,20
46,65
49,67
46,86
3,74
2,81
4,95
2,87
2,11
2,55
1,29
1,36
0,71
0,98
3,23
0,75
W [N]
101,05
102,77
102,18
89,72
87,22
89,72
90,26
98,01
89,92
89,63
86,29
93,75
W┴ [N]
85,86
89,31
86,51
68,24
67,77
67,84
64,21
71,67
64,47
61,53
55,85
64,10
σ [N/m2]
1431,03 1488,56 1441,87 1137,31 1129,50 1130,66 1070,10 1194,50 1074,49 1025,43 930,82 1068,32
τ [N/m2]
888,03
Volume occupato dai
0,0053
grani [m3]
e indice vuoti
0,64
132,62
τ compresa comp.
1020,66
Scatola [N/m2]
35,5
847,24
906,16
970,98
915,20 978,71 1057,41 1114,24 1044,76 1086,22 1096,38 1140,11
0,0052
0,0053
0,0072
0,0071 0,0071 0,0073 0,0073
0,66
0,65
0,52
124,42
133,84
163,32
0,53
0,51
0,47
0,51
158,35 164,62 176,79 171,57
0,0073
0,48
175,34
0,0073 0,0074 0,0073
0,44
0,42
0,48
182,90 191,74 183,54
971,66 1039,99 1134,30 1073,55 1143,33 1234,20 1285,81 1220,10 1269,12 1288,12 1323,65
33,1
35,8
44,92
43,55
45,32
49,1
47,1
48,6
51,06
54,15
51,09
Tabella 14 - . Rhèmes, passante al setaccio 37,5 mm.
82

Ayas
Compattazione 0
solo terreno
Massa scatola sup.
[Kg] solo terreno
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
2,59
2,64
2,87
2,68
2,42
2,63
2,56
2,55
8,34
8,30
8,11
8,29
8,53
8,31
8,45
8,37
scorrimento [m]
0,11
0,10
0,09
0,09
0,08
0,08
0,08
0,08
Volume occupato dal
terreno [m3]
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
16,20
16,50
19,60
19,50
20,00
20,20
17,10
17,70
20,30
20,30
22,50
22,70
28,60
28,70
32,63
33,11
37,77
37,62
38,33
38,60
34,05
34,98
38,74
38,74
41,65
41,90
48,50
48,60
1,42
1,87
0,98
1,12
3,32
3,29
48,50
48,60
W [N]
81,73
81,39
79,53
81,24
83,65
81,44
82,86
82,08
W┴ [N]
67,72
66,69
62,03
63,37
62,50
60,62
54,90
54,28
σ [N/m2]
1128,61
1111,49
1033,80
1056,11
1041,73
1010,27
915,02
904,58
τ [N/m2]
762,81
777,60
829,49
847,39
926,44
906,45
1034,37
1026,15
Volume occupato dai
0,00399
grani [m3]
0,00400
0,00401
0,00401
0,00400
0,00400
0,00402
0,00399
1,10
1,03
0,85
0,87
0,74
0,76
0,70
0,73
140,85
144,18
157,41
157,41
167,15
167,97
188,39
188,68
903,66
921,79
986,90
1004,80
1093,59
1074,42
1222,76
1214,83
38,68
39,67
43,67
43,57
46,39
46,76
53,19
53,33
Altezza Y di inizio
movimento [cm]
Altezza Y misurata
(cm)
Angolo
di
inizio
movimento [°]
Angolo
di
scivolamento [°]
Delta angolo [°]
e indice vuoti
τ compresa comp.
Scatola [N/m2]
Tabella 15 - Ayas, passante al setaccio 5 mm. Fondo posto a 3,3 cm dal piano di scorrimento.
83
Compattazione 0
solo terreno
Massa scatola sup.
[Kg] solo terreno
scorrimento [m]
Volume occupato dal
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
movimento [cm]
Altezza Y misurata
(cm)
Angolo
di
inizio
movimento [°]
Angolo
di
scivolamento [°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
2,85
3,13
3,28
2,83
2,90
2,98
3,07
3,21
2,96
10,65
10,85
10,25
10,66
10,61
10,52
10,47
10,25
10,57
0,12
0,12
0,12
0,11
0,11
0,10
0,10
0,10
0,10
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
12,80
12,70
12,50
12,20
12,00
16,00
16,30
20,70
21,00
13,90
13,70
13,60
15,30
15,20
17,50
17,80
23,00
23,50
32,11
31,90
31,50
30,88
30,47
38,11
38,63
45,42
45,83
34,27
33,88
33,69
36,87
36,69
40,62
41,11
48,43
49,04
2,16
1,98
2,19
5,99
6,22
2,52
2,48
3,01
3,21
W [N]
104,38
106,40
100,51
104,53
104,04
103,16
102,62
100,51
103,60
W┴ [N]
86,26
88,33
83,63
83,63
83,43
78,30
77,32
66,69
67,91
σ [N/m2]
1437,73
1472,10
1393,84
1393,76
1390,49
1304,95
1288,72
1111,58
1131,91
τ [N/m2]
979,63
988,61
929,23
1045,32
1036,05
1119,44
1124,47
1253,26
1303,91
0,00511
0,00495
0,00493
0,00494
0,00494
0,00495
0,00492
0,00494
0,78
0,82
0,74
0,72
0,65
0,64
0,56
0,55
140,23
139,52
150,91
150,28
163,77
165,37
188,17
189,94
1128,84
1068,75
1196,23
1186,33
1283,21
1289,84
1441,43
1493,85
37,48
37,48
40,64
40,47
44,52
45,02
52,36
52,85
Volume occupato dai
0,00493
grani [m3]
e indice vuoti
0,82
141,63
τ compresa comp.
1121,26
Scatola [N/m2]
37,95
Tabella 16 - Ayas, passante al setaccio 10 mm. Fondo posto a 3,3 cm dal piano di scorrimento.
84
Compattazione 0
solo terreno
Massa scatola sup.
[Kg] solo terreno
scorrimento [m]
Volume occupato dal
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
movimento [cm]
Altezza Y misurata
(cm)
Angolo
di
inizio
movimento [°]
Angolo
di
scivolamento [°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
3,76
4,14
3,60
3,96
3,72
3,95
3,61
3,91
4,16
11,95
11,39
11,92
11,60
11,86
11,64
11,98
11,63
11,39
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,11
0,11
0,10
0,10
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
10,80
11,00
11,40
13,40
14,00
16,30
16,50
22,50
22,00
14,30
14,40
14,40
15,30
15,70
17,50
17,00
23,30
23,00
27,90
28,33
29,20
33,30
34,46
38,63
38,97
47,80
47,16
35,03
35,22
35,22
36,87
37,58
40,62
39,81
48,80
48,43
7,13
6,88
6,02
3,57
3,12
2,00
0,84
0,99
1,27
W [N]
117,13
111,69
116,84
113,75
116,30
114,09
117,43
114,04
111,69
W┴ [N]
95,91
91,25
95,45
91,00
92,16
86,60
90,21
75,12
74,11
σ [N/m2]
1598,58
1520,79
1590,89
1516,66
1536,08
1443,26
1503,50
1252,07
1235,21
τ [N/m2]
1120,57
1073,50
1122,98
1137,50
1182,18
1238,09
1252,91
1430,06
1392,64
0,00568
0,00567
0,00569
0,00570
0,00570
0,00570
0,00568
0,00568
0,72
0,74
0,65
0,65
0,57
0,58
0,49
0,48
145,05
145,05
150,91
153,40
163,77
161,02
189,24
188,17
1218,55
1268,03
1288,41
1335,58
1401,86
1413,94
1619,31
1580,81
38,70
38,56
40,35
41,01
44,17
43,24
52,29
52,00
Volume occupato dai
0,00574
grani [m3]
e indice vuoti
0,71
144,37
τ compresa comp.
1264,95
Scatola [N/m2]
38,35
Tabella 17 - Ayas, passante al setaccio 20 mm. Fondo posto a 4 cm dal piano di scorrimento.
85
Compattazione 0
solo terreno
Massa scatola sup.
[Kg] solo terreno
scorrimento [m]
Volume occupato dal
terreno [m3]
Altezza Y di inizio
movimento [cm]
Altezza Y misurata
(cm)
Angolo
di
inizio
movimento [°]
Angolo
di
scivolamento [°]
Delta angolo [°]
Compattazione 1
Compattazione 2
Compattazione 3
7,78
7,72
8,17
8,06
8,20
8,51
8,51
9,01
8,73
8,71
10,72
10,82
10,33
10,37
10,26
9,94
9,95
9,45
9,79
9,72
0,11
0,11
0,10
0,10
0,10
0,09
0,09
0,09
0,08
0,09
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
12,20
12,00
15,50
15,00
14,50
17,50
17,00
23,00
23,50
23,50
15,30
14,90
17,00
16,30
16,10
18,50
18,40
24,70
25,50
25,30
30,88
30,47
37,23
36,33
35,40
40,62
39,81
48,43
49,04
49,04
36,87
36,14
39,81
38,63
38,28
42,20
42,05
50,45
51,34
51,12
3,10
2,90
2,58
2,30
2,88
1,58
2,24
2,02
2,30
2,08
W [N]
105,12
106,05
101,30
101,69
100,56
97,47
97,52
92,62
96,00
95,31
W┴ [N]
84,10
85,64
77,82
79,44
78,94
72,20
72,42
58,98
59,97
59,83
σ [N/m2]
1401,60
1427,35
1296,96
1324,05
1315,64
1203,39
1206,93
982,98
999,52
997,13
τ [N/m2]
1051,20
1042,52
1080,80
1057,94
1038,32
1091,31
1088,60
1190,18
1249,40
1236,64
0,00678
0,00676
0,00674
0,00675
0,00675
0,00675
0,00675
0,00677
0,00674
0,66
0,59
0,59
0,59
0,52
0,52
0,46
0,43
0,44
148,35
161,02
157,01
155,82
168,97
168,46
193,93
196,41
195,80
1190,88
1241,82
1214,95
1194,14
1260,27
1257,07
1384,11
1445,81
1432,44
39,84
43,76
42,54
42,23
46,32
46,17
54,62
55,34
55,16
Volume occupato dai
0,00676
grani [m3]
e indice vuoti
0,68
150,91
τ compresa comp.
1202,12
Scatola [N/m2]
40,62
Tabella 18 - Ayas, passante al setaccio 37,5 mm. Fondo posto a 7,7 cm dal piano di scorrimento.
86
Dai risultati illustrati nelle tabelle si sono realizzati i grafici, riportati di seguito, sui quali è possibile
visualizzare il legame che intercorre tra l’angolo di resistenza al taglio φ’, i parametri Cu e Cc delle varie
angolo di resistenza ϕ
granulometrie analizzate e i diversi indici dei vuoti e, dati dai vari gradi di compattazione.
60.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
Totalità dati di Ayas
20.0
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
e indice dei vuoti
Figura 74 - Variazione dell'angolo di resistenza determinato al variare del grado di compattazione (indice dei vuoti)
determinato con i campioni di Ayas.
87
Angolo di Resistenza ϕ
60.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
Totalità dati di Rhèmesi
20.0
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
e indice dei vuoti
0.80
0.90
1.00
Figura 75 - Variazione dell'angolo di resistenza determinato al variare del grado di compattazione (indice dei vuoti)
determinato con i campioni di Rhemes.
88
Figura 76 - Considera la totalità dei risultati unendo i dati di Rhèmes e quelli di Ayas.
Dai risultati ricavati dalle prove di tilt-test e visualizzati graficamente è possibile confrontare il
comportamento dei due campioni e fare le seguenti osservazioni.
I campioni analizzati sono stati soggetti alle medesime procedure di compattazione. Essi hanno
raggiunto un valore dell'indice dei vuoti variabile tra 0.4 (massimo addensamento raggiunto) e 1.1
materiale sciolto) per quanto riguarda il campione prelevato in val d'Ayas e variabile tra 0.4 e 0.95 per il
campione prelevato in val di Rhemes.
Nei Grafici è facilmente osservabile come per entrambi i campioni di materiale l’angolo di resistenza
φ aumenti all’aumentare del grado di compattazione e quindi alla conseguente diminuzione dell’indice
dei vuoti e, come ci si aspettava in fase di pianificazione dell’esperienza.
Entrambi i materiali hanno evidenziato un angolo di resistenza massimo (indice dei vuoti minimo)
pari a circa 55°; il valore di resistenza minimo (materiale sciolto) è risultato pari a circa 37°C per il
campione Ayas e pari a circa 28 per il campione Rhemes.
89
5. PROVE IN TEMPERATURA
La parte fine di materiale prelevata in entrambi i siti precedentemente descritti, ossia Ayas e
Rhemes, è stata sottoposta ad una campagna di prove allo scopo di valutare l’influenza che temperature
al di sotto degli 0°C hanno sulle caratteristiche meccaniche, eseguendo prove di compressione
monoassiale su provini a diverse temperature e analizzandone il comportamento sforzo-deformazione.
Le prove eseguite evidenziano una notevole variazione di comportamento meccanico che sarà
utilizzato per l’analisi della pericolosità di depositi e per la pianificazione di sistemi di monitoraggio.
Sono state condotte prove di compressione monoassiale a diverse temperature (-5 e -14 °C circa)
misurando lo spostamento verticale, il carico normale e la temperatura tramite una termocoppia. Le
prove sono state condotte presso il laboratorio materiali dell’Università di Parma utilizzando una pressa
MTS in controllo di deformazione; la pressa è appositamente equipaggiata con una camera climatica in
modo da eseguire prove in ambiente termo-controllato. Le prove sono state eseguite su provini
cilindrici di circa 90 mm di diametro e di circa 200 mm di altezza costituiti da materiale granulare
prelevato nei due siti Ayas e Rhemes e setacciato con un passante massimo pari a 5mm in modo da
mantenere un rapporto pari a 1/20 tra il diametro del campione e la dimensione massima delle
particelle. Tutti i campioni sono stati confezionati e congelati mantenendone la temperatura costante in
camera climatica.
Sebbene alcuni autori (Arenson, 2002) abbiano evidenziato come i depositi glaciali non siano di
solito completamente saturi e come la possibile circolazione dell’acqua nel loro interno sia una delle
cause del rapido scioglimento all’aumentare della temperature dell’aria, in questa campagna di prove
sono stati considerati esclusivamente provini completamente saturi.
La ragione di questa scelta è stata che in profondità si osserva un fenomeno di segregazione delle
parti più fini del deposito, la formazione di materiale meno permeabile e, conseguentemente, una minor
circolazione d’acqua.
5.1 Preparazione dei provini
Durante la fase di confezionamento dei provini si è cercato di definire un metodo standardizzato e
ripetibile. Di seguito sono illustrate le operazioni che costituiscono la procedura impiegata per la
preparazione dei provini (Figura 77).
Sono stati confezionati provini costituiti da materiale granulare prelevato nei due siti Ayas e Rhemes
e setacciato con un passante massimo pari a 5mm, con contenuto d’acqua simile. Tutti i provini sono
90
stati confezionati in tubi di PVC dal diametro esterno di 10 cm, chiusi inferiormente prima con due
strati di nastro da pacco e poi con altri due strati di nastro americano, per ridurre al minimo le eventuali
fuoriuscite di acqua.
Per produrre dei provini saturi aventi un contenuto d’acqua simile si è adottata la seguente
procedura: nel tubo è stata predisposta un’altezza d’acqua iniziale di 9.5 cm e successivamente è stato
inserito il materiale fino alla completa saturazione. L’addensamento è stato ottenuto facendo vibrare per
qualche minuto il tubo riempito di materiale granulare sulla pedana del vibrosetacciatore fino a quando
non si è raggiunta un’altezza di materiale superiore ai 20 cm.
Infine i tubi riempiti di materiale sono stati messi tutti a congelare ad una stessa temperatura iniziale
di -22 °C; i provini da sottoporre alla prova di compressione sono stati ottenuti tagliando le estremità
dei tubi con una sega circolare meccanica ed estraendo i provini dai tubi (Figura 78) in modo che
l’altezza finale dei provini fosse circa due volte il diametro (quindi provini di diametro 90 mm e altezza
200 mm).
91
Figura 77 - Preparazione dei provini. (a) tubi di PVC con fondo chiuso; (b) misura della colonna d’acqua necessaria a
saturare il provino; (c) inserimento del materiale passante al setaccio 5 mm.; (d) compattazione del campione sulla pedana
del vibrosetacciatore.
Figura 78 – (a) Taglio del provino ghiacciato con sega circolare; (b) estrazione del provino ghiacciato dal tubo.
92
Figura 79 – Camera climatica della pressa MTS per il controllo della temperatura durante le prove.
CAMPIONE
Altezza Diametro
Area
Volume
[m]
[m]
[m2]
[m3]
A1_1
0.209
0.094
0.00688
0.00144
A1_2
0.204
0.094
0.00697
0.00142
A2_1
0.209
0.093
0.00677
0.00142
A2_2
0.205
0.093
0.00677
0.00139
R1_1
0.205
0.093
0.00679
0.00139
R1_2
0.212
0.093
0.00679
0.00144
R2_1
0.207
0.093
0.00676
0.00140
R2_2
0.201
0.094
0.00689
0.00139
93
CAMPIONE
Peso
Peso
Peso
Peso
secco
acqua
totale
totale
contenuto contenuto
acqua
acqua
-15 °C
Peso
Densità
secco
provino
-15°C
[g]
[g]
[g]
[g]
[%]
[g]
[g]
[kg/m3]
A1_1
2160.0
855.2
3015.2
2706.3
33.68
911.4
1794.9
1883
A1_2
2339.3
670.6
3009.9
2645.9
27.29
722.1
1923.8
1862
A2_1
2459.3
837.6
3296.9
2704.0
30.49
824.4
1879.6
1910
A2_2
2310.7
785.7
3096.4
2709.9
32.59
883.1
1826.8
1951
R1_1
2434.3
700.9
3135.2
2808.3
27.57
774.2
2034.1
2018
R1_2
2532.4
666.7
3199.1
2971.2
24.69
733.7
2237.5
2064
R2_1
2413.1
770.6
3183.7
2752.7
32.24
887.3
1865.4
1967
R2_2
2358.3
804.2
3162.5
2706.4
31.44
851.0
1855.4
1954
CAMPIONE Temperatura
prova al
Velocità
spostamento

Resistenza Deformazione Resistenza Deformazione
picco
picco
residua
residua
picco
piccoresiduo
[C]
[mm/s]
[kPa]
[%]
[kPa]
[%]
[kPa]
A1_1
-6.0
0.018
4251
1.05
3277
17.8
974
A1_2
-5.5
0.018
3679
1.16
2922
18.4
757
A2_1
-13.0
0.018
11669
1.23
6847
20.1
4822
A2_2
-14.0
0.018
10397
1.33
7001
19.4
3396
R1_1
-5.5
0.018
3162
2.07
3162
15.1
0
R1_2
-4.8
0.018
2928
1.56
2928
13.3
0
R2_1
-14.0
0.018
10050
1.36
7178
19.8
2872
R2_2
-13.0
0.018
11959
1.39
6835
19.9
5124
94
CAMPIONE
Modulo
Deformazione
deformabilità
max
[MPa]
[%]
A1_1
1085
0.29
A1_2
1074
0.25
A2_1
2543
0.30
A2_2
2201
0.50
R1_1
1719
0.03
R1_2
775
0.37
R2_1
2634
0.00
R2_2
2484
0.32
Tabella 11 - Risultati delle prove meccaniche di compressione monoassiale.
4500
0
Provino A1_1
4000
-1
-2
3000
2500
Tensione assiale
-3
Temperatura provino
-4
2000
-5
1500
TEMPERATURA [C]
TENSIONE ASSIALE [kPa]
3500
-6
1000
-7
500
0
-8
0
0.05
0.1
0.15
0.2
DEFORMAZIONE ASSIALE ea
Figura 80 – Curva sforzi - deformazioni ottenuta dal provino A1_1.
95
4500
0
Provino A1_2
4000
-1
-2
3000
-3
2500
-4
Tensione assiale
2000
Temperatura provino
-5
1500
TEMPERATURA [C]
3500
-6
1000
-7
500
0
-8
0
0.05
0.1
0.15
0.2
14000
0
Provino A2_1
-2
-4
10000
-6
8000
-8
Tensione assiale
6000
-10
Temperatura provino
4000
TEMPERATURA [C]
12000
-12
2000
-14
0
-16
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
96
14000
0
Provino A2_2
-2
-4
10000
-6
8000
-8
6000
Tensione assiale
-10
Temperatura provino
4000
TEMPERATURA [C]
12000
-12
2000
-14
0
-16
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
4500
0
Provino R1_1
4000
-1
-2
3000
-3
2500
Tensione assiale
2000
Temperatura provino
-4
-5
1500
TEMPERATURA [C]
3500
-6
1000
-7
500
0
-8
0
0.05
0.1
0.15
0.2
Figura 84 – Curva sforzi - deformazioni ottenuta dal provino R1_1.
97
4500
0
Provino R1_2
4000
-1
-2
3000
-3
2500
-4
2000
-5
1500
Tensione assiale
TEMPERATURA [C]
3500
-6
1000
Temperatura provino
-7
500
0
-8
0
0.05
0.1
0.15
0.2
14000
0
Provino R2_1
-2
-4
10000
-6
8000
-8
Tensione assiale
6000
-10
Temperatura provino
4000
TEMPERATURA [C]
12000
-12
2000
-14
0
-16
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
98
14000
0
Provino R2_2
-2
-4
10000
-6
8000
-8
Tensione assiale
6000
Temperatura provino
-10
4000
TEMPERATURA [C]
12000
-12
2000
-14
0
-16
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
5.2 Risultati ottenuti
I risultati ottenuti in termini di curve sforzi - deformazioni sono riportati in Errore. L'origine
riferimento non è stata trovata. e riassunti nella Tabella seguente. In Figura 89 e in Figura 90 si
riportano invece i risultati in termini di resistenze e di deformabilità ottenute al variare della
temperatura.
99
CAMPIONE
w
T
Velocità
Resistenza
Def
Resistenza
spost
picco
picco
residua
p-r
Ed
Def
max
[%]
[C]
[mm/s]
[kPa]
[%]
[kPa]
[kPa]
[MPa]
[%]
A1_1
33.7
-6
0.018
4251
1.05
3277
974
1085
0.29
A1_2
27.3
-5.5
0.018
3679
1.16
2922
757
1074
0.25
A2_1
30.5
-13
0.018
11669
1.23
6847
4822
2543
0.30
A2_2
32.6
-14
0.018
10397
1.33
7001
3396
2201
0.50
R1_1
27.6
-5.5
0.018
3162
2.07
3162
0
1719
0.03
R1_2
24.7
-4.8
0.018
2928
1.56
2928
0
775
0.37
R2_1
32.2
-14
0.018
10050
1.36
7178
2872
2634
0.00
R2_2
31.4
-13
0.018
11959
1.39
6835
5124
2484
0.32
Tabella 12 – Riepilogo dei risultati delle prove di compressione monoassiale.
14000
Rhemes
Tensione assiale [kPa]
12000
Ayas
10000
8000
Temperatura provini
-13 ÷ -14°C
6000
4000
2000
Temperatura provini
-4.5 ÷ -6°C
0
0
0.05
0.1
0.15
Deformazione assiale ea
0.2
0.25
Figura 88 – Riepilogo delle curve sforzi - deformazioni ottenute dai provini di Ayas (rosso) e Rhemes (azzurro).
100
14000
picco
12000
residuo
8000
6000
Resistenza [kPa]
10000
4000
2000
0
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Temperatura campione [C]
Figura 89 - Variazione della resistenza di picco e residua al variare della temperatura.
3000
E [MPa] = -160.68 T [°C]+ 292.05
2000
1500
1000
Modulo deformabilità [MPa]
2500
500
0
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Temperatura campione [C]
Figura 90 - Variazione del modulo di deformabilità al variare della temperatura.
101
La prima evidente osservazione appare essere la diminuzione della resistenza e della rigidezza
all’aumentare della temperatura, ma in realtà si registra una vera e propria variazione di comportamento
del materiale ghiacciato che mostra un comportamento plastico a temperature prossime allo zero e
fragile al diminuire delle stesse. Anche la forma dei campioni a rottura appare essere notevolmente
differente: a basse temperatura la rottura appare localizzata lungo piani ben visibili, mentre
avvicinandoci allo zero il provino mostra una deformazione diffusa.
La resistenza di massima del materiale assume un valore medio di circa 11 MPa a temperature di 14°C (raggiunta per deformazioni pari a circa 1.33%) e di 3.5 MPa a -5°C (deformazione pari a
circa1.5%). La variazione di resistenza tra picco e residuo varia al variare della temperatura assumendo
valori compresi tra 0 (-5°C) e 5.1 MPa (-14°C). Per quanto riguarda la rigidezza del materiale il valore
massimo del modulo di deformabilità viene raggiunto mediamente per deformazioni assiali pari a 0.26%
e assume valori compresi tra 1.16 GPa (-5°C) e 2.5 GPa (-14°C).
Caratterizzazione sismica
In Collaborazione con il gruppo di ricerca di Geofisica del Dipartimento di Ingegneria
dell'Ambiente,del Territorio e delle Infrastrutture del Politecnico di Torino, i provini nominati A1 (sito
Ayas) ed R1 (sito Rhemes) sono stati sottoposti a misure di velocità di propagazione di onde
meccaniche di compressione (Vp) e di taglio (Vs) a diverse temperature ed a carico costante. La
strumentazione impiegata è consistita in: un impulsatore P.U.N.D.I.T. della CNS Electronic LTD, due
trasduttori di onde ultrasoniche di compressione (P) e di taglio (S) della CNS LTD con frequenza
nominale di 150 kHz, un commutatore per passare dai segnali relativi alle onde P a quelli delle onde S
della CNS LTD, un oscilloscopio Le Croy WaveJet 314, due amplificatori della CNS LTD: uno sul
segnale relativo alle onde P (amplificazione 8.5 dB) ed uno su quello relativo alle onde S (amplificazione
10 dB). I segnali, campionati con un intervallo di 20 ns per una durata di 200 s, sono stati salvati su un
supporto via interfaccia USB per essere analizzati al calcolatore. Un software sviluppato in ambiente
Matlab® ha permesso di eseguire la lettura dei tempi di primo arrivo dell’impulso ultrasonico, l’analisi
spettrale dei segnali ed il confronto tra i segnali derivanti da onde P ed S di una stessa prova, nonché il
salvataggio, in una tabella, dei tempi letti. Tutte le prove sono state effettuate interponendo un foglio di
alluminio tra i trasduttori ed il provino ed esercitando una pressione di 5 kPa per ottenere
l’accoppiamento meccanico adatto alla trasmissione delle onde S.
Risultati ottenuti
102
I segnali sono stati visualizzati e per tutti è stato calcolato lo spettro di potenza al fine di stimare le
frequenze dominanti trasmesse. La Figura 91 riporta gli spettri dei segnali relativi alle onde P ed S a
temperature intorno a -5°C. Come si può osservare le frequenze con maggiore energia sono, per
entrambe le tipologie di onde, comprese in una banda dai 50 ai 150 kHz.
Per tutti i segnali registrati, relativi sia ad onde P sia ad onde S, è stato letto il tempo di primo arrivo
e calcolata la velocità ad ogni temperatura. In Figura 92 sono riportati i risultati ottenuti nei due siti per
entrambe le tipologie di onde. Sui grafici sono anche riportate le rette interpolanti i punti sperimentali
che, qualitativamente, indicano un gradiente negativo costante delle velocità all’aumentare della
temperatura nell’intervallo tra -30°C e -5 °C.
I valori di velocità ottenuti mostrano come i materiali granulari ghiacciati abbiano valori più vicini a
quelli misurati nei materiali rocciosi che in nei materiali sciolti (Wang Z. e Nur A., 2000, AnhDan Q. et
al., 2002).
Conseguentemente il rapporto di Poisson dinamico νdin ed i moduli elastici dinamici Edin e Gdin,
essendo ρ la massa volumica del provino in kg m-3 sono stati calcolati tramite le relazioni della teoria
della elasticità:
 din 
1  vp

2  vs
 vp

 vs



2
(21)
2

  1



1  din

Edin  v 2p 
 1  din 1  2 din  
(22)
Gdin  vs2
(23)
103
Figura 91 - Spettri di densità di potenza dei segnali relativi ad onde P (linee nere) ed S (linee rosse) rilevati a temperature intorno a -5°C.
Anche i moduli elastici dinamici mostrano, per entrambi i siti, un gradiente negativo in accordo con la
letteratura sull’argomento (Wang et al., 2006). In termini di deformabilità i risultati geofisici mostrano un ordine
di grandezza di differenza: (20-30 GPa) rispetto a quelli ottenuti con prove a rottura (1-2 GPa). Tale risultato
appare coerente con i numerosi risultati riscontrati in bibliografia (Wang Z. e Nur A., 2000, AnhDan Q. et al.,
2002).
Le prove condotte hanno mostrato come all’aumentare della temperatura i depositi glaciali perdano
resistenza e diventino più deformabili determinando, di fatto, una notevole variazione delle condizioni di stabilità
del versante.
Le misure di laboratorio hanno evidenziato una discreta variabilità delle proprietà deformative dei materiali
con la temperatura. In particolare: il modulo di compressione in condizioni dinamiche presenta un gradiente
all’aumentare della temperatura da -30°C a -5°C di circa -300 ÷ -400 MPa/°C; il modulo di taglio dinamico, nelle
stesse condizioni, è caratterizzato da un gradiente compreso tra -130 e -200 MPa/°C.
Le prove meccaniche condotte hanno mostrato una variabilità del modulo di deformabilità con la
temperatura che mostra un gradiente medio pari a -160 MPa/°C.
La diversa modalità deformativa e i diversi valori di deformazioni a rottura al variare della temperatura
dovranno essere tenuti in conto per la progettazione e la modellazione di sistemi di monitoraggio in sito e nel
caso di interazione con il costruito (esempio rifugi di montagna, pilastri di impianti di risalita etc…) per valutare
la compatibilità delle deformazioni del terreno di fondazione con la funzionalità delle strutture
104
Figura 92 -Andamenti, per i provini derivanti dai due siti, delle velocità di propagazione delle onde P e delle onde S al variare della temperatura.
Figura 93 -Andamenti, per i provini derivanti dai due siti, dei moduli di compressione monoassiale E din e di taglio Gdin al variare della temperatura.
105
CONCLUSIONI
Il presente lavoro si inserisce in un ampio studio di caratterizzazione del comportamento meccanico
di ammassi rocciosi e depositi glaciali in ambito alpino, con lo scopo di individuare le principali
problematiche che insorgono ove si verifica, a causa dell'innalzamento della temperatura provocata dai
cambiamenti climatici, l’arretramento dei ghiacciai e il degrado del permafrost.
Infatti in ambiente di alta montagna, il sistema della criosfera (neve, ghiacciai e permafrost), è
particolarmente sensibile alle modificazioni ambientali indotte dal cambiamento climatico che provoca
l’aumento della temperatura dell’aria, che non solo si riflette sul regime delle precipitazioni ma che
provoca, inoltre, l’instaurarsi di instabilità naturali potenzialmente pericolose, connesse alla fusione del
permafrost e alla dinamica glaciale.
Le analisi di stabilità dei depositi glaciali non possono prescindere dalla caratterizzazione meccanica
ed idraulica del materiale costituente il deposito, variabili in funzione di fattori quali la distribuzione
granulometrica del materiale depositato, del suo stato di addensamento, della relazione tra variazione
della temperatura atmosferica e quella nel corpo del deposito, ecc.
La caratterizzazione del materiale costituente il depositi glaciali è estremamente complicata data
l'impossibilità, da una parte, di recuperare materiale rappresentativo per eseguire opportune analisi di
laboratorio e, dall'altra, dalle difficoltà di eseguire prove in sito.
Per tale motivo la prima analisi che dovrebbe essere eseguita è la determinazione della distruzione
granulometrica del materiale costituente il deposito.
Lo scopo del presente lavoro è stato quello di definire la distribuzione granulometrica del sito
attraverso l'elaborazione di immagini fotografiche dei depositi, effettuata grazie all'utilizzo di software
specifici (Split Desktop) in grado di riconoscere automaticamente le dimensioni dei singoli frammenti di
roccia presenti su immagini opportunamente scalate.
Questa procedura di analisi è stata, in particolare, applicata a due differenti depositi glaciali soggetti
a permafrost, presenti in regione valle d’Aosta: il primo generato dal ghiacciaio Tsanteleina, a ridosso
della Granta Parei in Val di Rheme (quota 2690 m s.l.m.) e il secondo, quello che circonda il Lago Blu
in Val D'Ayas (quota 2214 m s.l.m.).
È stata pertanto determinata la distribuzione dimensionale rappresentativa dei rispettivi depositi
glaciali e comprendente tutte le classi granulometriche, dall’argilla a grossi blocchi. Le particelle ed i
blocchi costituenti i depositi glaciali sono, infatti caratterizzati da dimensioni variabili tra gli 0.001mm
ed i 1000 mm. L'analisi condotta alle diverse scale ha permesso, inoltre, di dare indicazioni sulla
106
dimensione dell'area di superfice elementare rappresentativa che, per entrambi i siti, risulta essere
superiore ai 20 m2.
In sito sono stati prelevati dei campioni di materiale che sono stati utilizzati non solo per le analisi
granulometriche di laboratorio, ma anche per l'esecuzione di tilt test e per prove di compressione
monoassiale su campioni ricostituiti saturati e ghiacciati.
I tilt test sono stati eseguiti in assenza di acqua, assoggettando il materiale a vari gradi di
compattazione ed hanno permesso di stimare la resistenza a taglio al variare dell'indice dei vuoti. Il
materiale assume valori minimi di resistenza in condizioni sciolte, con angoli di resistenza pari a 28-37°,
e massimi in condizioni di buon addensamento (con angoli di resistenza pari a 55°).
La parte fine di materiale prelevata in entrambi i siti, è stata sottoposta, oltre che alle analisi
granulometriche e di classificazione classiche, ad una campagna di prove allo scopo di valutare
l’influenza che temperature al di sotto degli 0°C hanno sulle caratteristiche meccaniche, eseguendo
prove di compressione monoassiale su provini a diverse temperature e analizzandone il comportamento
sforzo-deformazione.
Le prove eseguite evidenziano una notevole variazione di comportamento meccanico che sarà
utilizzato per l’analisi della pericolosità di depositi e per la pianificazione di sistemi di monitoraggio.
Le prove condotte hanno mostrato come all’aumentare della temperatura i depositi glaciali perdano
resistenza e diventino più deformabili determinando, di fatto, una notevole variazione delle condizioni
di stabilità del versante.
Le misure di laboratorio hanno evidenziato una discreta variabilità delle proprietà deformative dei
materiali con la temperatura. In particolare: il modulo di compressione in condizioni dinamiche
presenta un gradiente all’aumentare della temperatura da -30°C a -5°C di circa -300 ÷ -400 MPa/°C; il
modulo di taglio dinamico, nelle stesse condizioni, è caratterizzato da un gradiente compreso tra -130 e
-200 MPa/°C.
Le prove meccaniche condotte hanno mostrato una variabilità del modulo di deformabilità con la
temperatura che mostra un gradiente medio pari a -160 MPa/°C.
Come già evidenziato, i depositi glaciali sono caratterizzati da un'elevata eterometricità che è stata
valutata tramite analisi di superficie. L'analisi dimensionale è stata eseguita, infatti, attraverso
l'integrazione di analisi fotografiche del deposito con quelle di laboratorio ottenute sui campioni
prelevati a debole profondità (circa 50 cm dalla superficie); non è stato d'altro canto possibile
campionare materiale a profondità superiore al fine di comprendere la distribuzione dimensionale delle
particelle anche nel corpo del deposito. E' d'altra parte ipotizzabile che durante la fase di deposizione e
107
di formazione di tali depositi possano avvenire fenomeni di segregazione del materiale più fine che
porterebbero alla formazione di lenti e strati caratterizzati da una predominante presenza di particelle di
dimensioni contenute simili a quelle del campione analizzato in laboratorio.
E' noto dalla letteratura tecnica che la resistenza al taglio aumenta all'aumentare della dimensione
caratteristica delle particelle costituenti il materiale e al crescere del grado di addensamento.
I valori di resistenza minimi ottenuti dalla prove di ribaltamento risultano essere quelli che più
cautelativamente possono rappresentare la resistenza del materiale costituente i depositi oggetto di
studio. I test condotti sono stati caratterizzati da deboli tensioni di confinamento e, pertanto, risultano
essere maggiormente rappresentativi di fenomeni superficiali. All'aumentare della profondità, e quindi
nel cuore del corpo del deposito, lo stato di tensione sono sicuramente superiori, così come è superiore
il grado di addensamento del materiale.
I valori di resistenza determinati nel presente studio possono quindi essere considerati come un
limite inferiore dei parametri di resistenza del materiale in sito e possono, pertanto, essere utilizzati
cautelativamente per l'esecuzione di studi inerenti le condizioni di stabilità di tali depositi.
La diversa modalità deformativa ed i diversi valori di deformazione a rottura al variare della
temperatura dovranno essere tenuti in conto per la progettazione e la modellazione di sistemi di
monitoraggio in sito e nel caso di interazione con il costruito (rifugi di montagna, pilastri di impianti di
risalita, etc.) per valutare la compatibilità delle deformazioni del terreno di fondazione con la
funzionalità delle strutture
Parma, 28 settembre 2012
Prof. A.M. Ferrero
ing. M.R. Migliazza
108
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110

Azione 2.D_VdA - Allegato2 - Introduzione

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