Prova di Compressione Uniassiale: quanto resiste una roccia
La Prova di Compressione Uniassiale, o anche prova monoassiale o semplicemente prova uniassiale, è un test che permette di caratterizzare la resistenza di una roccia ed è standardizzata ai sensi della norma ASTM-D7012.
La prova di compressione uniassiale risponde ai metodi di prova C e D della norma ASTM-D7012; essa può essere infatti condotta in due modalità:
- Metodo di Prova Monoassiale C: con questo metodo si misura la resistenza a compressione della roccia, senza indagarne la deformazione; Il Metodo C viene spesso sfruttato per fornire parametri da inserire all’interno dei calcoli progettuali ed è talvolta utilizzato per avere una prima idea delle caratteristiche di resistenza di un materiale in fase di scelta dei metodi di scavo.
- Metodo di Prova Monoassiale D: in questo caso la prova uniassiale prevede la determinazione dei moduli elastici e quindi indaga tanto la resistenza a compressione, quanto la modalità di deformazione, dando origine alla caratteristica curva sforzi-deformazioni (stress vs. strain).
Il campione da testare in una prova di compressione uniassiale deve avere un rapporto lunghezza/larghezza pari a 2:1 fino a 2.5:1 ed è comunemente un cilindro. Il contenuto d’acqua del campione per prove monoassiali deve avvicinarsi quanto più possibile alle condizioni di prelievo.
Apparato per l’esecuzione delle prove monoassiali, presente al Laboratorio Rocce e Ricerca Tonon: (1) sistema di piastre azionate da un sistema pneumatico automatico per l’applicazione del carico; (2) centralina di controllo e impostazione dei parametri di prova; (3) provino pronto per la Prova Uniassiale – Metodo C (Fonte: Laboratorio Rocce e Ricerca Tonon, srl).
Prova di compressione monoassiale secondo il metodo C: dettaglio del provino nel suo alloggiamento. Quando si esegue una prova monoassiale senza misura dei moduli di deformazione, l’assetto non prevede l’uso di sistemi per la misura della deformazione assiale e radiale (Fonte: Laboratorio Rocce e Ricerca Tonon, srl).
Una prova di compressione uniassiale condotta con il metodo D prevede che il sistema sia equipaggiato con dei misuratori della deformazione assiale e laterale. Laboratorio Rocce e Ricerca Tonon si serve di estensimetri (Strain Gauge) simili a quello mostrato in figura, applicati lungo l’asse e la circonferenza del provino (Fonte: JohnHiatt, Siemens Experimenter).
Per eseguire una prova monoassiale il carico va applicato in maniera continua, in genere a una velocità variabile tra 0.5 e 1 MPa/s, in modo da generare la rottura del provino in un tempo compreso tra 2 e 15 minuti. Durante la prova uniassiale vanno registrati in continuo:
1. Il carico applicato in kN – approssimato alla seconda cifra decimale;
2. La pressione (stress) corrispondente in MPa – approssimata alla prima cifra decimale;
3. Il carico massimo (kN).
Terminata la prova si calcola infine la resistenza a compressione monoassiale della roccia (MPa), ovvero il rapporto tra il carico alla rottura(N) e l’area di applicazione dello stesso (mm2).
La deformazione (strain) assiale viene calcolata come il rapporto tra la variazione di lunghezza registrata e la lunghezza iniziale; lo stesso vale per la deformazione laterale, dove il rapporto sarà tra la variazione di diametro e il diametro iniziale.
Noti questi valori è possibile ricavare la curva stress vs. strain della prova uniassiale, che va plottata per la componente assiale e laterale della deformazione.
Grafico rappresentativo del comportamento deformativo di una roccia sottoposta a compressione monoassiale. Questo grafico, noto come curva sforzo-deformazione (stress-strain) viene generato solo con la Prova di Compressione Uniassiale – Metodo D (Fonte: ASTM D7012).
Una volta ottenuta la curva è possibile ricavare i valori di <span id=”u769090-2″>Modulo di Young</span> e <span id=”u769090-4″>Rapporto di Poisson</span> usando diversi approcci; questi valori caratterizzano il comportamento di una roccia da un punto di vista della sua resistenza a compressione monoassiale, cioè all’applicazione del carico. È importante ribadire che quanto più il provino di roccia è anisotropo, tanto meno i moduli elastici ottenuti dalle prove monoassiali saranno rappresentativi.
I modi più usati per il calcolo dei moduli elastici (Modulo di Young e Rapporto di Poisson) a partire dalle curva sforzo vs. deformazione (Fonte: ASTM D7012).