Come determinare la capacità portante dei terreni dal test di carico della piastra

Come determinare la capacità portante dei terreni dal test di carico della piastra

La prova di carico della piastra o “prova del cuscinetto della piastra” è uno dei modi più rapidi per determinare la capacità portante e le caratteristiche di insediamento dei terreni in loco. Questo test è essenzialmente utile soprattutto per la progettazione di fondazioni poco profonde come basamenti pad.

Consiste fondamentalmente nel caricare una piastra rigida a livello di fondazione e aumentare il carico con incrementi arbitrari. La liquidazione corrispondente ad ogni incremento di carico viene registrata utilizzando almeno due o tre comparatori con un conteggio minimo di 0,02 mm. I calibri devono essere posizionati separatamente rispettivamente a 120° o 90°. Il carico di prova viene gradualmente aumentato fino a quando la piastra inizia a stabilirsi ad una velocità rapida. Viene tracciata la curva di insediamento del carico da cui è possibile determinare l’insediamento e la capacità portante del terreno.

Il valore totale del carico sul piatto diviso per l’area del piatto d’acciaio dà il valore dell’ultima capacità portante del suolo. Un fattore di sicurezza è applicato per dare la capacità portante sicura del suolo.

Gli apparecchi necessari per eseguire una prova di carico su piastra sono;

• Contrappeso come scatola o piattaforma con materiale pesante come calcestruzzo, acciaio, ecc. Il contrappeso totale deve essere superiore di almeno il 10% al carico massimo di prova previsto.
• Martinetto idraulico per l’applicazione del carico
• Anello di prova, 1 kg di precisione, per la misurazione del carico
• Piastra di supporto, 350mm, 450mm, e 600mm di diametro
• Quattro calibri
• Travi di riferimento.

La procedura per l’esecuzione di test di carico piastra secondo BS 1377 parte 9 sono i seguenti;

• Deve essere utilizzata una piastra circolare con un diametro massimo di 300 – 600mm.
• Scavare al livello di prova il più rapidamente possibile per ridurre al minimo gli effetti di stress relief, in particolare nei riempimenti coesivi. Un escavatore meccanico può essere utilizzato a condizione che la benna dell’escavatore non abbia denti e che l’ultima profondità di scavo di 100 mm sia eseguita con cura a mano. Se la prova viene eseguita in una fossa di prova, la larghezza della fossa deve essere di almeno 4-5 volte il diametro della piastra.
• Tagliare con cura e rimuovere tutto il materiale sciolto e tutti i frammenti incorporati in modo che l’area per la piastra sia generalmente livellata e il più indisturbata possibile.
• Proteggere l’area di prova e l’apparecchio dai cambiamenti di umidità, dalla luce solare e dagli effetti delle condizioni meteorologiche avverse non appena il livello di prova è esposto e durante tutto il test.
• La piastra deve essere posta su uno strato sottile (spessore da 10 a 15 mm) di sabbia asciutta e pulita per produrre una superficie piana su cui appoggiare la piastra.
• Impostare il carico e la deflessione, sistemi di misurazione in modo che il carico viene applicato alla piastra senza eccentricità e il sistema di deflessione è al di fuori della zona di influenza degli allegati. Durante queste operazioni si può applicare un piccolo carico di posti a sedere sulla piastra per consentire le regolazioni: questo carico di posti a sedere deve essere inferiore a 5 kN / m2.
• Il carico deve essere applicato in cinque incrementi. Lettura insediamento sarà presa a 0.intervalli di 50 minuti per i primi 2 minuti e intervalli di 1 minuto successivi, fino a quando il movimento rilevabile della piastra non si è fermato, cioè fino a quando il tasso medio di regolamento è inferiore a 0,02 mm per intervallo di 5 minuti.
• Ad ogni incremento, la pressione deve essere mantenuta il più vicino possibile costante.
• Dopo che l’incremento finale della prova è stato completato, la pressione nella pompa idraulica poi sarà liberata ed il regolamento del piatto ha permesso recuperare. Quando il recupero è essenzialmente completo, viene registrato il valore residuo di regolamento.

Secondo Venkatramiah (2006), occorre prestare molta attenzione nell’interpretare i risultati delle curve di carico-insediamento del test di carico della piastra. Le curve tipiche ottenute dalle curve di assestamento del carico delle prove di carico su piastre sono illustrate nella figura seguente;

La curva I è tipica di sabbia densa o ghiaia o argilla rigida, in cui si verifica un guasto generale del taglio. Il punto corrispondente al fallimento si ottiene estrapolando all’indietro (come mostrato nella figura), poiché si osserva una pronunciata partenza dalla relazione retta che si applica alle fasi iniziali del carico. (Questo coincide approssimativamente con il punto fino al quale si estende l’intervallo di proporzionalità).
La curva II è tipica della sabbia sciolta o dell’argilla molle, in cui il guasto locale del taglio accade. Si osserva un continuo ripido della curva ed è piuttosto difficile individuare il guasto; tuttavia, il punto in cui la curva diventa improvvisamente ripida si trova e trattato come quello corrispondente al fallimento.
La curva III è tipica di molti terreni c-φ che presentano caratteristiche intermedie tra i due precedenti. Anche qui il punto di guasto non è facile da individuare e viene applicato lo stesso criterio della Curva II.

Pertanto, si vede che, tranne in alcuni casi, la posizione arbitraria del punto di guasto diventa inevitabile nell’interpretazione dei risultati dei test di carico.

Tuttavia, è importante sapere che il test di carico della piastra presenta alcuni inconvenienti come gli effetti dimensionali e non tiene conto della possibilità di insediamento di consolidamento, specialmente nei terreni coesivi. Inoltre, è stato riferito che i risultati delle prove di carico riflettono le caratteristiche del terreno situato solo all’interno di una profondità di circa il doppio della larghezza della piastra.

In questo articolo ci accingiamo a mostrare come fare calcoli da piastra di prova di carico.

Esempio
È stata condotta una prova di carico su lastra su un deposito uniforme di sabbia ad una profondità di 1.5 m sotto il livello del terreno naturale e i seguenti dati sono stati ottenuti;

Pressione (kPa)	0	50	100	200	300	400	500
Regolamento (mm)	0	2	4.5	10	17	30	50

La dimensione della piastra di 600 mm x 600 mm e quello del pit 3.0 m × 3.0 m × 1,5 m.
(i) Tracciare la pressione insediamento curva e determinare il fallimento di stress.
(ii) Un piede quadrato, 1,5 m × 1.5 m, deve essere fondata a 1,5 m di profondità in questo terreno.

Supponendo che il fattore di sicurezza contro la rottura del taglio sia pari a 3,0 e l’insediamento massimo consentito a 25 mm, determinare la pressione ammissibile del cuscinetto.
(iii) Progettazione del basamento per un carico di 600 kN, se la falda freatica è a grande profondità.

Soluzione
(1) La curva pressione-insediamento è mostrata nella figura seguente. Il punto di guasto è ottenuto come punto corrispondente all’intersezione delle tangenti iniziale e finale. In questo caso, la pressione di guasto è di 335 kN/m2.

Il massimo di capacità portante dalla piastra di test di carico qult,bp = 335 kN/m2

Applicare la correzione per il terreno sabbioso deposito e un piede di larghezza 1,5 m;
qult,f = qult,bp x (Larghezza di fondazione)/(Dimensioni della piastra di base) = 335 x (1,5/0.6) = 837.5 kN/m2

Applicazione di un fattore di sicurezza di 3.0 contro l’errore di taglio;
qa = qult,f/FOS = 837.5/3 = 279.16 kN/m2

in Alternativa;
Equiparare il valore di qult,bp a 0,5 ybpNy
Dove:
bp = dimensione della piastra di base = 600 mm
γ = densità del suolo (diciamo 18.5 kN/m3)
Ny = Fattore di capacità portante (da determinare)

335 = 0.5 x 18,5 x 0,6 x Ny
Alla risoluzione, Ny = 60,36
Questo riflette un angolo di attrito interno (Φ) di circa 36,5° usando la teoria di Terzaghi. Il valore corrispondente di Nq è 50.48.

Per un basamento quadrato di larghezza (B) e profondità (Df) 1,5 m fondato sulla sabbia;

qult = qNq + 0,4 yBNy = (18,5 x 50,48) + (0,4 x 18 x 1,5 x 60,36) = 1585,768 kN/m2
qa = qult/FOS = 1585.768/3 = 528.589 kN/m2

Dalla considerazione di regolamento;

Sp = S2
Sp = 252 = 16 mm

Dalla curva di regolamento del carico, questo regolamento corrisponde a una pressione di 290 kN/m2

Per questo caso particolare, il regolamento governerà il progetto.

Il carico massimo consentito su una colonna di servizio su un piedistallo quadrato di 1,5 m x 1,5 m sarà quindi (1,5 x 1,5 x 290) = 652,5 kN. Ciò dimostra che un carico di colonna di 600 kN può essere sostenuto in modo sicuro su un basamento di 1,5 m x 1,5 m sul terreno.