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HITEP - Hight Pressure and temperature triaxial system

Il sistema HITEP di ISMGEO è stato realizzato con l’obbiettivo di effettuare studi sperimentali sul comportamento termomeccanico dei terreni, con particolare riferimento a depositi argillosi profondi.

Il sistema è composto essenzialmente da una camera di prova assimilabile ad una cella di tipo triassiale, completa di sistema termico, alloggiata sul piatto di una pressa di carico e da un pannello di controllo e misura delle grandezze fisiche che agiscono sul provino. Tutto il sistema è alloggiato in una stanza condizionata che mantiene la temperatura costante con una oscillazione massima pari a 0.5 °C.

La camera di prova è costituita da una cella di tipo triassiale interamente realizzata in acciaio inox, composta da una flangia inferiore sulla quale è montata la base del provino, da un cilindro laterale e da una flangia superiore munita di alloggiamento per il sistema di guida del pistone che fornisce il carico assiale. La camera è dimensionata per operare sino ad una pressione massima pari a 20 MPa e può ospitare provini cilindrici aventi diametri di 50 mm ed altezza pari all’incirca a 2 volte il diametro. La pressione in cella e la back – pressure sono applicate mediante regolatori di pressione manuali montati sul pannello di controllo ed alimentati da bombole di azoto o dalla rete di aria compressa del laboratorio.

Il sistema termico consiste in un riscaldatore flessibile fissato esternamente alla cella triassiale e da due riscaldatori alloggiati nella base inferiore della cella. I riscaldatori sono programmabili ed azionabili separatamente. La temperatura è misurata mediante due termocoppie poste in vicinanza dei riscaldatori; esse fungono da segnale di ritorno (feedback) per l’azionamento dei riscaldatori. Una terza termocoppia è posta in prossimità del campione per la misura della effettiva temperatura del fluido nelle immediate vicinanze del terreno. La temperatura può essere variata con regolazione continua seguendo opportuni gradienti. Il valore massimo applicabile è pari a circa 120 °C.

Particolare cura è stata posta, nel corso degli anni, al miglioramento delle caratteristiche delle membrane utilizzate per l’isolamento del provino. Esse devono assicurare per lungo tempo caratteristiche di elevata resistenza ed impermeabilità, pur se sottoposte ad alti valori di pressione e temperatura. Tali membrane devono ridurre anche i fenomeni osmotici tra fluido di cella ed acqua di saturazione del provino che generalmente si manifestano alle alte temperature.

L’innovazione più recente e sicuramente di notevole interesse sperimentale è consistita nell’installazione all’interno della cella di 2 trasduttori per la misura locale delle deformazioni radiali del provino. I trasduttori utilizzati, applicati a 180° tra loro, sono del tipo “a non contatto”, con un fondo scala pari a 1.5 mm ed una risoluzione pari a 0.001 mm. Per il loro funzionamento è necessario il posizionamento di due bersagli costituiti da due piastrine di alluminio fissate mediante del silicone alla membrana di confinamento del provino.

 

Figura 1: schema generale del sistema HITEP

 

1) Provino

2 e 3) Trasduttori di non contatto per la misura delle deformazioni radiali

4 e 5) Piastrine bersaglio

6 e 7) Ripartitori di carico

8) Membrana

9) Pistone carico verticale

10) Pietre porose

11) O.R. tenuta

12) Comando pressa

13) Regolatore pressione cella 

14) Misura pressione cella

15) Regolatore back - pressure

16) Misura back - pressure

17) Scambiatore aria - acqua

18 e 19) Burette misura variazioni volume

20) Misura esterna deformazioni assiali

21) Misura esterna carico verticale

22) Riscaldatore di base

23) Riscaldatore laterale

24) 26) 27) Controlli temperatura

25) Misura elettronica variazioni volume

28) Termocoppia interna