Prove in Sito - Università degli Studi di Pavia

Università degli Studi di Pavia Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura Corso di Fondazioni e opere di sostegno Primo modulo didattico (Prove in sito)  Indagini geotecniche Mezzi di indagini Prelievo campioni Misure delle pressioni interstiziali...

Università degli Studi di Pavia Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura Corso di Fondazioni e opere di sostegno Primo modulo didattico (Prove in sito)  Indagini geotecniche Mezzi di indagini Prelievo campioni Misure delle pressioni interstiziali Prove in sito 2  Definizione MODELLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DEL SITO  Morfologia superficiale e sepolta (riconoscere formazioni omogenee)  Geometrie dei contatti tra le formazioni  Distribuzione proprietà fisiche e parametri di stato (porosità, pesi, H2O)  Distribuzione parametri comportamento (meccanico, idraulico, elettrico) irregolarità topografiche SITO morfologia sepolta 3 Per poter impostare correttamente il progetto di qualsiasi intervento, è necessario caratterizzare il terreno nel senso di stabilire: Stratigrafia di dettaglio (caratteristiche macro- e mega-strutturali) Condizioni di falda Storia tensionale ( OCR ) Stato tensionale ( Ko ) Caratteristiche meccaniche (resistenza, deformabilità) Caratteristiche di permeabilità Criteri di progetto e Modalità esecutive 4  Numero e tipologia delle prove da effettuare. Importanza del progetto e delle sue fasi di sviluppo. Ubicazione. Natura del terreno. Profondità. Chiaramente maggior numero di indagini = migliore conoscenza = aumento dei costi. 5  PROFONDITA’ DELLE INDAGINI Ogni opera di Ingegneria Civile interagisce con una parte del sottosuolo detta: Volume significativo volume di terreno che governa il comportamento dell’opera Raggiungere strati consistenti (Verificarne la potenza) Raggiungere quota per cui Dsvo = 10-20% q La profondità di indagine dipende però essenzialmente dalla tipologia di opera di fondazione scelta. 6 Fondazioni Superficiali Con Interazione 7  Fondazioni profonde Concetto di fondazione equivalente 2 z  D +1,5B 3  Diaframmi Approfondimento maggiore quando l’opera ha funzione di ritenuta idraulica (rete di flusso) Verificare presenza di strati impermeabili 8 Rilevati Trincee 9  Disponibilità di dati provenienti da precedenti sondaggi Tipo ed importanza dell’opera Eterogeneità del terreno Budget 10  STRUTTURE ORDINARIE: almeno 3 - 4 sondaggi ubicati negli spigoli dell’area di fondazione. STRUTTURE ESTESE: 1 sondaggio ogni 500/600 m2. STRUTTURE NASTRIFORMI: 1 sondaggio ogni 50 – 300 m lungo l’asse con allineamenti trasversali. 11  Distanza fra i sondaggi (m) Numero minimo Tipo di opera Stratificazione di sondaggi Uniforme Media Caotica Edifici a 1-2 piani 50 30 15 3 Edifici a molti piani 45 30 15 4 Pile e spalle di ponti; 1-2 ciascuna torri; ciminiere fondazione Strade 300 150 30 Gallerie Progetto di massima 500 Progetto esecutivo 100 50 12 14  Prove di laboratorio Indagini in sito Comportamento di strutture in vera grandezza ( modelli ) 15  La caratterizzazione geotecnica comporta uno studio a 3 livelli distinti: Micro-elemento Macro-elemento Mega-elemento Che vanno considerati … 16 A ciascuno dei tre livelli di indagine corrispondono diversi MEZZI SPERIMENTALI: Prove di Laboratorio. Micro-elemento Indagini in Sito. Macro-elemento Comportamento delle opere in vera grandezza. Mega-elemento 17  Prove di Laboratorio VANTAGGI SVANTAGGI Condizioni al contorno ben Campionamento (Disturbo, definite. Terreni incoerenti). Controllo sulle condizioni di Volume ridotto (Permeabilità) drenaggio. Valori puntuali. Stress-path noti e controllabili. Costi e tempi. Materiale ben caratterizzato. [s] ed [e] uniformi. 18  Prove di Sito VANTAGGI SVANTAGGI Terreno indisturbato. Condizioni al contorno ?. Volume di terreno maggiore. Condizioni di drenaggio ?. Valori Continui (o quasi). Forti gradienti di [s] e [e]. Costi e tempi Uniche disponibile per i terreni incoerenti Prove di Laboratorio. Correlazioni empiriche con: Back Analysis. Camera di Calibrazione. 19 Prove in Prove di Sito. Laboratorio. Sono chiaramente procedure Complementari Andrebbero eseguite in maniera combinata sotto la supervisione di un unico esperto 20  MEZZI DI INDAGINE Finalità Mezzi di indagine Diretti Indiretti Definizione del Scavi accessibili (pozzi, Prove profilo cunicoli, trincee) penetrometriche stratigrafico Perforazioni di Indagini geofisiche sondaggio 21  Sondaggi Scavi ispezionabili Accertamento stratigrafico diretto, alta risoluzione ma modesta profondità (4 – 5 m) Adatto solo a progetti di modesta importanza 22  Sondaggi Sondaggi Per opere di una certa importanza almeno un sondaggio DEVE essere eseguito. Permettono di raggiungere elevate profondità anche sotto falda. Prove in sito (Geofisiche …) Riutilizzo della Installazione di perforazione strumentazione (Inclinometri, Piezometri …) 23  Sondaggi A carotaggio continuo Sondaggi A distruzione di nucleo Procedimenti: POCO USATI Trivellazione Semplici ed economici Percussione ma non permettono una ricostruzione Rotazione dettagliata della stratigrafia 24  Sondaggi Sondaggi a Trivellazione Eliche continue 25  Sondaggi Sondaggi a Percussione 26  Sondaggi Sondaggi a Rotazione Attrezzature per perforazione a distruzione 27  Sondaggi Sondaggi a Rotazione Viene eseguita applicando al tubo carotiere spinta e rotazione tramite una batteria di aste. Tubo carotiere Cilindro cavo f = 75 – 150 mm ad estremità tagliente. 28 Sondaggi 29  Sondaggi Sondaggi a Rotazione 30 Sondaggi 31 Sondaggi 32  Sondaggi Sondaggi a Rotazione Il carotaggio può essere eseguito: A secco (laddove possibile) Con fluido (fango, acqua Circolazione o aria compressa) diretta Il foro di sondaggio va sempre rivestito o stabilizzato per prevenirne la chiusura 33  Sondaggi Sondaggi a Rotazione 34  Sondaggi Cassette catalogatrici 35  Sondaggi 1 2 3 4 36  Sondaggi Descrizione stratigrafica Sabbie Argille e Limi Colore Colore Contenuto di fine Plasticità Diametro max particelle Laminazioni Addensamento Sostanze (Recupero / Velocità di organiche spinta) 37  Sondaggi Nella descrizione simbolica della stratigrafia vanno utilizzati simboli standardizzati !! 38  Sondaggi Nella descrizione del materiale vanno utilizzate definizioni standard !! 39 40 41  Sondaggi Stabilizzazione del foro Si effettua sovente eccetto fori poco profondi in terreni coesivi sopra falda. Tubi di rivestimento METODI Fango bentonitico Acqua I rivestimenti stabilizzano le pareti non il fondo foro !! 42  Sondaggi Tubi di rivestimento Il metodo più sicuro ma più costoso; Non deve mai precedere la perforazione; Necessario per misure della permeabilità e Prove Down hole. 43  Sondaggi Fango Bentonitico Perdita di fluido nelle ghiaie; VIETATO per misure piezometriche. 44  Sondaggi Stabilizzazione foro mediante Acqua Generalmente utilizzata per rocce ed argille molto consistenti; In terreni parzialmente saturi annulla la tensione di capillarità; Non può essere utilizzata nei terreni granulari. 45  Sondaggi Prelievo di Campioni Il Campionamento Ideale altera soltanto lo stato tensionale. Scarico (Rigonfiamento/ Rifluimento) FONTI DI Attrito con la parete DISTURBO (interno/esterno) Campionamento in eccesso Distacco campione 46  Sondaggi Prelievo di Campioni Indisturbati Si definisce Campione Indisturbato un campione che conservi la STRUTTURA, il CONTENUTO D’ACQUA e la COMPOSIZIONE CHIMICA del terreno in sito, e che risulti perciò rappresentativo ai fini della determinazione dei parametri di resistenza al taglio, deformabilità e permeabilità 47  Sondaggi CARATTERISTICHE GEOTECNICHE Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 DETERMINABILI Natura del terreno Composizione granulometrica contenuto d’acqua Peso dell’unità di volume Caratteristiche meccaniche Campioni disturbati Campioni a Campioni o rimaneggiati disturbo limitato indisturbati 48  Sondaggi Possibili fonti di disturbo Rimedi rigonfiamento del terreno dovuto alla evitare soste tra fine riduzione delle tensioni efficaci perforazione ed inizio del durante la perforazione campionamento compressione del terreno per effetto evitare che la testa del dell’eccessiva sollecitazione campionatore sia infissa al di prodotta dall’avanzamento del sotto del fondo foro campionatore presenza di materiale rimaneggiato pulizia del fondo foro a fondo foro disturbi prodotti dalla penetrazione usare campionatori con adeguati del campionatore valori dei fattori geometrici 49  Sondaggi Possibili fonti di disturbo Rimedi disturbo prodotto dal tipo di avanzamento a pressione avanzamento evitare scossoni e variazioni di trasporto temperatura conservare in luoghi a temperatura ed conservazione umidità controllati estrarre il campione con continuità estrusione evitando ulteriori deformazioni annullamento del deviatore dello inevitabile stato tensionale in sito 50  Sondaggi Campionatori 3 c A pareti sottile l a A patere spessa s s A doppia parete i CAPIONATORE A TUBO APERTO (SHELBY) 51  Sondaggi Campionatore Osterberg. 52  Sondaggi Campionatore a Doppia Parete (tipo Mazier) 53  Sondaggi Campionatore continuo La tipologia di campionatore dipende strettamente dalle caratteristiche del terreno Consistenza 54  Sondaggi Caratteristiche geometriche Coefficiente di Parete DS2 − D 2 CP = D2 Coefficienti di spoglia Di − D Interna CL = D Da , s − De Esterna Ca = De 55  Sondaggi Video Caratteristiche geometriche REQUISITI: Angolo di scarpa = 4–5° CP < 15% CL = 0 – 0.5% per campioni corti o superficiali, avanzamenti rapidi, terreni incoerenti CL = 0.75 – 1.5% per campioni lunghi profondi, avanzamenti lenti, terreni coesivi R = L/H = Rapporto di campionamento pari a 1-2 56  Sondaggi Estrusione del campione 1. Estrusione 2. Verifica qualitativa 3. Pocket Penetrometer 57  Sondaggi Estrusione del campione 58  Sondaggi Estrusione del campione 59  Sondaggi Campioni Congelati In terreni ghiaioso-sabbiosi un metodo per ottenere campioni “indisturbati” 60  Sondaggi Campioni Congelati 61  Sondaggi Campioni Congelati 62  Sondaggi Campioni Congelati 63  Sondaggi Campioni Congelati Video Completo Prelievo campioni 64  Metodi di Indagine Finalità Mezzi di indagine In laboratorio In sito Penetrometri (CPT, CPTU, Analisi e SPT) Proprietà fisico prove su Scissometro – meccaniche campioni Pressiometro dei terreni indisturbati Dilatometro piatto (DMT) Prove di carico su piastra Prove di permeabilità Velocità delle onde sismiche Rilievo falda Piezometri 65  Prove penetrometriche Dinamica SPT Viene eseguita a percussione; risultati discontinui (Nspt). Statica CPT Viene eseguita con infissione a velocità costante; risultati continui lungo tutto il profilo (qc, fs). Standardizzate = Correlazioni empiriche 66  Prove penetrometriche Entrambe forniscono informazioni su: Profilo stratigrafico Caratteristiche di resistenza e deformabilità Progettazione “empirica” Sono molto utilizzate per la loro semplicità / economicità e per la gran mole di risultati correlabili empiricamente. 67  Prove penetrometriche Sono molto utili per le sabbie (campioni disturbati !!) Correlazioni con : Densità relativa (DR) e parametri di resistenza al taglio dei terreni. Metodi empirici per il calcolo dei cedimenti delle fondazioni e portata limite dei pali 68  Prove penetrometriche Standard Penetration Campionatore per prove SPT Test Si effettua facendo cadere un maglio di 63.5 Kg da un altezza di 760 mm su un opportuno campionatore. Campionatore L = 50 cm f = 51 mm 69  Prove penetrometriche Standard Penetration Test 70  Prove penetrometriche Standard Penetration Test 71  Prove penetrometriche Standard Penetration Test (Mayne et al., 2002) 72  Prove penetrometriche Standard Penetration Test L’infissione si effettua (ogni 1.5 – 0.75 m) in tre passaggi distinti: 1. N1 si infigge per 15 cm Tratto di avviamento (zona disturbata dalla perforazione / penetrazione quasi statica per gravità) 2. N2 ed N3 si infigge per 15 e 15 cm Nspt è la somma di N2 ed N3 73  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Rifiuto 1. Se con N1=50 l’avanzamento è minore di 15 cm l’infissione è sospesa e la prova è conclusa annotando la relativa penetrazione (ad es. N1=50/13cm). 2. Se con N2 + N3=100 non si raggiunge l’avanzamento di 30cm l’infissione è sospesa e la prova è conclusa annotando la relativa penetrazione. 74  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Va effettuata all’interno di un foro di sondaggio (D 65 – 115 mm) Stabilizzazione del foro sopra il livello di falda (fango bentonitico). Pulizia del fondo foro Influenzata da: operatore, caratteristiche del campionatore, dimensioni delle aste, sistema di battitura, tecnica di perforazione e dimensioni del foro. 75  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Esecuzione della prova 76  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Consente una sicura interpretazione del risultato attraverso l’esame del terreno prelevato. 77  Prove penetrometriche Standard Penetration Test In terreni molto compatti o ghiaiosi: Punta conica (diametro esterno 51mm, apertura 60°). Scarpa Conica Scarpa Aperta 78  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Correzioni - cedimenti Sabbie limose sotto falda (sovrapressioni) Nc = 15 + 0.5(Nspt – 15) se Nspt > 15 Risultati Depositi ghiaiosi o sabbioso ghiaiosi (Punta Conica) Nc = 1.25 · Nspt 79  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Stima della DR da SPT Terzaghi e Peck (1948) Molte correlazioni Nspt Dr (incertezze, 0-4 molto sciolta approssimazioni ed eterogeneità locali) 4 - 10 sciolta 10 - 30 media Può essere opportuno confrontare i valori 30 - 50 densa stimati con le diverse correlazioni. > 50 molto densa 80  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Stima della DR da SPT Ottenuta in camera di calibrazione, influenza della sv0’. Gibbs e Holtz (1957) 81  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Stima della DR da SPT Ottenuta in sito Più adatta a sabbie sovraconsolidate o costipate Bazaraa (1967) 82  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Stima della DR da SPT Skempton ha tenuto conto dell’efficienza del sistema di battitura (mediamente del 60%) (N1)60 = Cn · Nspt Cn parametro che tiene conto del tipo di materiale e della tensione geostatica verticale Skempton (1986) 83  Prove penetrometriche Standard Penetration Test Stima della DR da SPT  2  s V 0 sabbie fini 1 +  100 CN =  s V 0 kPa   3  s V 0  2 + 100 sabbie grossolane (N1 )60 Si ottiene DR = 60 Skempton (1986) 84  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Si effettua infiggendo a velocità costante 20 mm/s una punta conica di caratteristiche normalizzate a) il penetrometro meccanico con manicotto d’attrito. b) il penetrometro elettrico. 85  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Non necessita di preforo Il contrasto necessario all’infissione dipende dalla profondità e dal materiale 86  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Meccanico (Begemann, 1953) Punta conica  = 60° f = 35.7 mm (AP = 10 cm2) Manicotto (AL = 150 cm2) 87  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Meccanico Esercitando una forza F1 sulle aste interne collegate alla punta, si fa avanzare la sola punta per una lunghezza di 40 mm: Resistenza alla punta qc = F1/AP Viene agganciato il manicotto d’attrito e si continua a far avanzare la punta per altri 40 mm: Resistenza laterale locale fs = (F2-F1)/AL 88  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Meccanico Si ripetono le due operazioni ogni 20 cm 89  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Meccanico La resistenza alla penetrazione è dedotta da misure di superficie (peso proprio e deformabilità delle aste / attriti interni dell’attrezzatura) Le misure di resistenza alla punta, qc, e di attrito laterale locale, fs, non sono indipendenti fra loro e si riferiscono a profondità leggermente diverse (terreni fittamente stratificati) 90  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Profondità di indagine condizionata dalla consistenza del terreno (40 m). Prestare molta attenzione alla verticalità (Inclinometro) 91  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Elettrico (Holden, 1974) Si misura localmente ed in maniera indipendente tramite trasduttori elettrici sia la resistenza alla punta che l’attrito laterale Oggi è il più diffuso 92  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Elettrico Aumenta la repetibilità e l’affidabilità La frequenza delle misure può essere ridotta (2-5 cm) Sonda inclinometrica Costi ed apparecchiature delicate (non linearità e isteresi delle celle di pressione, sensibilità alle variazioni di temperatura, calibrazione). 93  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Penetrometro Elettrico Ampio intervallo di qc : Per misure affidabili in argille sono necessarie almeno due celle di carico installate sullo strumento 1. Fino a 0,5 MPa 2. Fino a 50 MPa 94  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Riconoscimento Stratigrafico Campi di variazione Argille qc = 0 – 2 MPa Sabbie qc = 2 – 30 MPa Cambia l’angolo di resistenza al taglio ma soprattutto la pressione interstiziale (Piezocono) 95  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Prova penetrometrica statica in terreno stratificato Attenzione i risultati sono direttamente interpretabili solo dopo un sondaggio !!! 96  Prove penetrometriche Cone Penetration Test in argilla tenera in argilla molto consistente 97  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Riconoscimento Stratigrafico È bene basare il riconoscimento stratigrafico solo sulla determinazine di qc Friction Ratio FR = fs / qc Maggiori incertezze nel calcolo di fs : usura del manicotto differenza di quota 99  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Stima della DR da CPT Influenza della compressibilità può indurre ad un errore di +/-12% sulla stima. (Lancellotta, 1983) 100  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Stima della DR da CPT Con C1 C2 e C3 costanti dipendenti dal tipo di materiale (Baldi et al., 1986) 101  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Stima della Cu da CPT Penetrazione quasi statica Diverso dalle condizioni di incipiente rottura nella capacità portante Tuttavia i metodi utilizzati fanno riferimento a correlazioni di tipo empirico ed assunzioni teoriche semplificate: qc = Cu · Nc + svo 102  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Stima della Cu da CPT Cu = (qc - svo)/Nc Soluzioni teoriche (forti Nc ? semplificazioni) od empiriche (confronto con altre prove) Nc Argille tenere 14 ± 4 Argille preconsolidate 17 ± 5 Argille fessurate Da 10 a 30 103  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono Penetrometro statico di tipo elettrico dotato di un filtro per la misura della pressione interstiziale 104  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono Elemento poroso per la misura della pressione u 105  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono 106  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono Sensibilità dello strumento alla variazione delle pressioni interstiziali molto alta (non risente di effetti di scala) In terreni sabbiosi e permeabili la rottura avviene in condizioni drenate, senza sensibili variazioni della pressione interstiziale In terreni a grana fine e poco permeabili, si generano sovrapressioni interstiziali che vengono rilevate 107  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono Prova eseguita con il Piezocono nei depositi di Ravenna (Battaglio et al., 1986) 108  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Piezocono Nei terreni coesivi, se si arresta l’infissione e si misura la dissipazione delle sovrapressioni si ottiene una misura del coefficiente di consolidazione cvh 109  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Stima di f’ Date le approssimazioni insite nelle due tipologie di prova è più corretto passare dalla DR Va inoltre tenuto conto che l’angolo di resistenza al taglio di picco cresce al crescere della DR e diminuisce al crescere del livello tensionale: Φ’ - Φ’cv = m DI < 12° DI = DR · (10 – ln p’f)-1 110  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Riconoscimento Stratigrafico: Robertson (1990) 111  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Riconoscimento Stratigrafico: Robertson (1990) qc − s v 0 Q= Resistenza alla punta normalizzata s ' v0 fs F=  100 Rapporto di attrito normalizzato qc − s v 0 Ic = (lg F + 1.22)2 + (lg Q − 3.47)2 Indice del tipo di terreno u − u0 Du Rapporto delle pressioni dei pori Bq = = qc − s v 0 q c − s v 0 normalizzato 112  Prove penetrometriche Cone Penetration Test Riconoscimento Stratigrafico: Robertson (1990) Ic < 1.31 Sabbia ghiaiosa Classe 7 1.31 < Ic < 2.05 Sabbie da pulite a limose Classe 6 2.05 < Ic < 2.60 Miscele di sabbie e limi Classe 5 2.60 < Ic < 2.95 Miscele di limi e argille Classe 4 2.95 < Ic < 3.60 Argille Classe 3 Ic > 3.60 Terreni organici – Torbe Classe 2 Alle classi 1, 8, 9 corrispondono i seguenti terreni: Classe 1: Terreno sensitivo a grana fine Classe 8: Sabbie da molte dense a sabbie argillose(*) Classe 9: Materiali fini granulari molto duri(*) (*) fortemente sovraconsolidati o cementati 113 Esercizio Prova CPTU 114 115 116  qc − s v 0 cu = Nc Nc Argille tenere 14 ± 4 Argille preconsolidate 17 ± 5 Argille fessurate Da 10 a 30 f’ - f’cv = m DI < 12° DI = DR · (10 – ln p’f)-1 f’cv = 30° m=3 p’f = 2/3 s’v0     DR (%) = 68log  − 1 qc   pa  s v' 0      (Lancellotta, 1983) 117 118 119 Altre Prove in sito 120  Prova dilatometrica Dilatometro Marchetti (1975) Non necessita di perforazione Profondità di indagine condizionata dalla consistenza del terreno (40 m). Non utilizzabile in terreni a grana grossa 121  Prova dilatometrica Strumento di misura delle La lama pressioni 122 Prova dilatometrica La lama viene spinta nel terreno tramite una batteria di aste. Si effettua una lettura della pressione in corrispondenza di due valori prefissati. 123  Prova dilatometrica Avanzamento mm/s. 1 prova ogni 200-300 mm azoto per l’espansione della membrana fornisce cu , K0 , OCR, cv , k, modulo informazioni sulla stratigrafia (tipo CPT) 124  Prova dilatometrica I risultati della prova vengono interpretati tramite delle correlazioni empiriche. Si misura: P0 pressione di aderenza con il terreno P1 pressione necessaria alla deflezione di 1.1 mm 125  Prova dilatometrica Si valutano: Indice di materiale ID = (P1 – P0)/(P1 – u0) Indice di tensione orizzontale KD = (Po – u0)/s’v0 Modulo Dilatometrico ED = 34.7(P1 – P0) 126  Prova dilatometrica Dai parametri indice Id, Kd, Ed, tramite correlazioni empiriche, si ricavano: M Modulo edometrico (terreni sia coesivi che granulari) cu Coesione non drenata (terreni coesivi) Ko Coefficiente di spinta a riposo (terreni coesivi) K0 = (Kd / 1.5 )^0.47 - 0.6 OCR Grado di sovraconsolidazione (terreni coesivi)  Angolo di attrito (terreni incoerenti) 127  Prova dilatometrica Dilatometro Sismico Geofoni orizzontali installati a monte dello strumento. 128 Prova Pressiometrica 129  Prova Pressiometrica Pressione autoperforante 130  Prova Pressiometrica Espansione di una sonda cilindrica nel foro di sondaggio Fornisce la resistenza, il modulo, K0 , cv Prova in sito più razionale fra tutte Valida per tutti i terreni 131  Prova Pressiometrica A) Pressiometro Menard B) Pressiometro autoperforante 132  Prova Pressiometrica  V f + V0  DP EM = 1423 + 2,66     2  DV Diagramma: Pressione ÷ Volume plim 500 400 Volume (cm³) 300 200 100 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 Pressione (kPa) 133  Prova Scissometrica La prova consiste: infissione nel terreno di una “paletta” a quattro lame ortogonali valutazione dello sforzo torsionale necessario per la rottura del terreno. 134  Prova Scissometrica Le alette hanno rapporto H/D = 2 con dimensioni ricorrenti (H = 130 mm e D = 65 mm) 135  Prova Scissometrica La Cu (Su) si ricava da considerazioni di equilibrio alla rotazione dello strumento: 6 M Su = 7  D 3 Coefficiente correttivo (anisotropia / velocità di deformazione) Su =   Su 136  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche Tecniche di misura “Indirette” delle proprietà fisiche dei terreni Invasive Non Invasive Richiedono l’esecuzione Vengono eseguite di perforazioni adatte direttamente dalla all’esecuzione delle superficie senza prove. disturbare il terreno. 137  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Invasive Non Invasive Prove Down-Hole e Prove per onde Cross-Hole superficiali 138  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Permettono di: misurare la velocità di propagazione delle onde sismiche in un dato terreno da cui si ricavano le caratterisiche di deformabilità ottenere indirettamente informazioni sulla stratigrafia di un deposito, la posizione del bedrock e della falda 139  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Onde Sismiche Si differenziano in base al moto degli elementi del mezzo rispetto alla direzione di propagazione onde di volume P ed S onde di superficie Rayleigh e Love 140  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) onde di volume P ed S Quando le onde sismiche si propagano all’interno di un mezzo infinitamente esteso. ONDE DI VOLUME si propagano secondo fronti d’onda sferici. 141 Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) 142 Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) 143  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) onde di superficie Rayleigh Quando si propagano alla frontiera di un mezzo semi-infinito. ONDE DI RAYLEIGH si propagano secondo fronti d’onda cilindrici: trasmettono i 2/3 dell’energia di un impatto in superficie 144  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Il moto risultante è ellittico retrogrado. La deformazione indotta è sia di taglio che di compressione. Velocità delle onde di Rayleigh: VR = 0.9 VS 145  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Determinazione in sito del modulo Go Riveste particolare rilevanza per tutti i materiali granulari 146  Prove Geofisiche Tecniche geofisiche (Sismiche) Ipotesi di comportamento elastico, isotropo ed omogeneo del deposito Go =   v 2 s Ciò è ammissibile poiché le deformazioni alle quali è sollecitato il terreno sono molto piccole g < 10-4 % 147  Curva di decadimento del Modulo Comportamento Verifiche di G in servizio sicurezza Prove DH CH SASW DMT 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 g 148  Oscilloscope Downhole Testing Pump Horizontal Plank with normal load x Dt Hammer z1 z2 packer Horizontal Test Depth Velocity Interval Transducers (Geophone Receivers) Shear Wave Velocity: R12 = z12 + x2 R22 = z22 + x2 Vs = DR/Dt Cased Borehole 149  Oscilloscope Crosshole Testing ASTM D 4428 Pump Dt Shear Wave Velocity: Vs = Dx/Dt Downhole Hammer (Source) Velocity Test Transducer Depth (Geophone Receiver) packer Dx Slope Slope Note: Verticality of casing Inclinometer Inclinometer must be established by slope inclinometers to correct PVC-cased PVC-cased distances Dx with depth. Borehole Borehole 160 Onde Superficiali SWM 161  Onde Superficiali SWM Prova SWM Sfruttano le proprietà dispersive delle onde di Rayleigh : La velocità di fase dell’onda risulta dipendente dalla frequenza (lunghezza d’onda) 162  Onde Superficiali SWM Prova SWM Mezzo omogeneo Velocità costante : VR 1 G = cost Vs = 1 0,6 0,2 z 0,1 1 10  163  Onde Superficiali SWM Prova SWM Mezzo strattificato : Curva di dispersione del sito vR h Vs = 1 2 1,5 Vs = 2 1 0,5 z 0,1h 1h 10h  164 Onde Superficiali SWM Prova SWM 165  Onde Superficiali SWM Prova SWM 166  Onde Superficiali SWM Prova SWM 167  Onde Superficiali SWM Prova SWM 168  Misure piezometriche Uno dei punti più importanti del programma di indagine La misura delle pressioni neutre (livelli piezometrici) è spesso un passaggio obbligato. Il comportamento dei terreni dipende dalle tensioni efficaci 169  Misure piezometriche Non è un’operazione di semplice routine: Sono necessarie: Conoscenza del comportamento meccanico dei terreni Esperienza nel settore delle misure Scrupolosa cura nei dettagli (!!!) 170  Misure piezometriche La misura si effettua per mezzo di Piezometri ed è fondata sui seguenti presupposti: La presenza dello strumento di misura non altera il regime delle pressioni neutre Il piezometro è costituito da un elemento poroso cavo (filtro) pieno d’acqua con pressione pari a quella dell’ambiente circostante 171  Misure piezometriche Piezometro Semplice coperchio a vite blocchetto di calcestruzzo Tubo di metallo/plastica con tratto finesatrato. tubo f =5 cm  = 1 – 2 pollici riempimento con sabbia o ghiaietto Si misura il battente idraulico per mezzo di tratto perforato Sonda galvanometrica lungo circa 1m 172  Misure piezometriche Sonda Galvanometrica - Freatimetro Costituita da due conduttori collegati ciascuno con un cilindro di acciaio inox diviso in due parti da un isolante di plastica. 173  Misure piezometriche Sonda Galvanometrica Quando il cilindro tocca l’acqua il circuito si chiude attivando un avvisatore acustico o visivo. Misurando la lunghezza del cavo calato nel tubo si trova la quota dell’acqua. 174  Misure piezometriche Piezometro Semplice In presenza di terreno coperchio a vite stratificato è necessario blocchetto di sigillare il tratto finestrato. calcestruzzo materiale qualsiasi tubo f =5 cm tampone Si isola lo strato impermeabile 1-2m all’interno del quale si misurano le materiale pressioni riempimento qualsiasi con sabbia o ghiaietto 175  Misure piezometriche Piezometro Semplice I volumi d’acqua in Adatto nei terreni a ingresso/uscita sono grana grossa con notevoli elevata permeabilità (K > 10-6 m/s) La misura con la sonda galvanometrica: Si effettua da testa foro che deve essere accessibile Non permette di valutare battenti idraulici che superano il foro 176  Misure piezometriche Piezometro Semplice VANTAGGI SVANTAGGI Affidabilità dei dati Tempi di risposta registrati lunghi Lunghe serie di Adatto solo a terreni registrazioni con elevata permeabilità Possibilità di essere convertito Non permette la misura di elevati Possibilità di essere battenti idraulici (Falde usato per misure di freatiche) permeabilità 177  Misure piezometriche Tempi di risposta dei Piezometri: Variazione di falda comporta un flusso ingresso/uscita La velocità di Permebilità del risposta del terreno piezometro dipende da: Volume del piezometro 178  Misure piezometriche Piezometro Casagrande sabbia Adatto nei terreni con permeabilità sigillo di inferiore (K < 10-6 m/s) bentonite tubazione di sabbia Cilindro in pietra porosa rivestimento sigillo di L = 20 – 30 cm bentonite D = 3 – 5 cm Collegato a due tubicini rigidi in PVC  = 12.5 mm piezometro Casagrande 179  Misure piezometriche Piezometro Casagrande 180  Misure piezometriche Piezometro Casagrande Multiplo Utilizza lo stesso principio del piezometro finestrato. Ogni tratto di misura deve essere isolato dal contorno. 181  Misure piezometriche Piezometro Casagrande 182  Misure piezometriche Piezometro Casagrande Durante la perforazione e installazione occorre mantenere il livello dell’acqua pari o superiore alla falda Doppio tubo: Consente il lavaggio del piezometro per rimuovere le bolle d’aria ed impurità Si può misurare con la sonda in entrambi i fori 183  Misure piezometriche Piezometro Casagrande Lavaggio del piezometro Inserendo acqua in pressione in un solo tubo Inserendo acqua in pressione in entrambi i tubi 184  Misure piezometriche Piezometro Infisso Non necessita l’esecuzione di perforazione preliminare Raggiunta la quota di misura il manicotto viene sollevato per mezzo delle aste di spinta e l’elemento poroso rimane in contatto diretto col terreno. 185  Misure piezometriche Piezometro Infisso Utilizzabili in argille tenere: Creazione di Du e conseguenti tempi di attesa (20 – 30 gg) Rimaneggiamento con variazione della permeabilità idraulica 186  Misure piezometriche Piezometro idraulico a circuito chiuso Cella di misura collegata a due tubicini di piccolo diametro (f = 3 mm) che costituiscono un circuito chiuso Rispetto ai precedenti necessitano di volumi di acqua inferiori Misura della Du 187  Misure piezometriche Piezometro idraulico a circuito chiuso Modello Americano Modello Inglese Bishop 188  Misure piezometriche Piezometro idraulico a circuito chiuso Apparecchiature permanenti in corpo diga 189  Misure piezometriche Piezometro idraulico a circuito chiuso VANTAGGI SVANTAGGI La testa foro può non Posa in opera non essere accessibile semplice (mantenere (misura con un saturo il piezometro) manometro) Cavitazione La falda può superare lo strumento di misura Doppio tubo rimozione di bolle di aria 190  Misure piezometriche Celle Piezometriche Per terreni poco permeabili è necessario utilizzare strumenti con tempi di risposta brevissimi: Celle Piezometriche sono strumenti di tipo elettrico che misurano la pressione all’interno di una piccola cavità tramite un trasduttore di pressione. 191  Misure piezometriche Celle Piezometriche 192  Misure piezometriche Celle Piezometriche Si differenziano in base al sistema utilizzato per la misura: Pneumatico (Elettro-pneumatico) Corda vibrante Strain gage (estensimetri elettrici) 193  Misure piezometriche Celle Piezometriche Pneumatiche 1. La membrana di misura separa la cella da gas in pressione. 2. Quando la pressione del gas pareggia quella del fluido si ha estroflessione della membrana stessa. 194  Misure piezometriche Celle Piezometriche Elettro-Pneumatiche 3. Il gas viene quindi convogliato e si misura la pressione di equilibrio. Per una misura affidabile la deformazione della membrana non deve essere eccessiva 195  Misure piezometriche Celle Piezometriche a Corda Vibrante 1. Il diaframma metallico di misura è collegato ad un filo elettrico. 2. Il fluido nel piezometro comporta una pressione sul diaframma e sul filo elettrico. 196  Misure piezometriche Celle Piezometriche a Corda Vibrante 3. Si misura la tensione del filo elettrico (dipendente dalla frequenza di oscillazione) con un elettromagnete. Allentamento della corda 197  Misure piezometriche Celle Piezometriche VANTAGGI SVANTAGGI Prontezza di Taratura dei trasduttori risposta elettrici Installazione non semplice Acquisizione continua, Deriva elettrica automatica, digitale (spostamento dello zero) ed a distanza Elevato numero di rotture È bene associarle sempre con Non possono essere piezometri idraulici. utilizzate per misure di permeabilità 198  Misure piezometriche Tempi di risposta dei Piezometri: Time lag: tempo necessario per raggiungere l’equilibrio tra la pressione interna al piezometro e quella esterna Per ragioni applicative (incertezza della misura) T95: tempo necessario per raggiungere il 95% della risposta 199  Misure piezometriche La scelta del Piezometro dipende dal terreno e dalle finalità del suo utilizzo. 200