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Misura dei tempi di propagazione delle velocità sismiche in provini triassiali

Nell’ultimo decennio, i trasduttori piezoelettrici sono stati impiegati nelle celle triassiali allo scopo di propagare onde di volume (onde P di compressione, e onde S di taglio) nei provini sottoposti a prova [Dyvik & Madshus (1985), Brignoli & Gotti (1992), Viggiani G. & Atkinson J.H. (1995), Brignoli et al (1996), Jovicic et al. 1996, Jovicic & Coop (1997), Fioravante (2000)].

In accordo alla teoria elastica, le relazioni tra la velocità di propagazione delle onde di volume ed i moduli di un mezzo elastico omogeneo ed isotropo, sono:

modulo edometrico:               M0 = rVP2
modulo di taglio:                    G0 = rVS2

Il trasduttore piezoelettrico si deforma quando è soggetto ad una corrente (funziona da trasmettitore), ma, reversibilmente, genera una corrente se è soggetto a deformazione (ricevitore).

I segnali trasmessi e ricevuti sono amplificati, quindi analizzati da un oscilloscopio, il quale permette di individuare il tempo che l’onda impiega per attraversare l’intero provino; nota la distanza tra i due trasduttori è determinata la velocità di propagazione.

I trasduttori più utilizzati sono quelli che propagano onde di taglio; essi sono composti da lamelle di 2cm di larghezza e 2mm di spessore che protrudono nel provino per 2mm; quando sollecitati flettono (da cui il nome “bender element”).

Le onde di compressione sono generate da trasduttori che sono a contatto con le superfici piane inferiore e superiore del provino e sollecitati si comprimono (compression element).

Figura 1: esempio construttivo di elementi piezoelettrici

Le misure, generalmente effettuate alla fine della fase di consolidazione, consentono la misura della rigidezza dei terreni nel campo elastico.

Figura 2: schema della cella triassiale dove, all’interno dei ripartitori di carico inferiore e superiore, sono alloggiati i trasduttori

L’apparecchiatura utilizzata per l’esecuzione della prova consiste, oltre alla cella triassiale opportunamente modificata con trasduttori piezoelettrici situati alle estremità del provino, delle seguenti attrezzature:

generatore di funzione per la produzione dell’input cui sollecitare il trasduttore piezoelettrico;
oscilloscopio per la visualizzazione del segnale in output e la determinazione del tempo di percorso;
personal computer per la memorizzazione del segnale.

Figura 3: esempio di onda ti taglio propagata in provino indisturbato (Limo con sabbia argilloso Talla-Arezzo)

 

 

Figura 3: direzione di propagazione e di vibrazione