Lezione 10

Indagini e Monitoraggio Geotecnico Lezione 10

Finalità Mezzi d'indagine

diretti indiretti

pozzi indagini geofisiche

trincee prove penetrometriche statiche CPT

cunicoli

Profilo stratigrafico

sondaggi

in laboratorio in sito

Proprietà idrauliche prove di permeabilità su campioni indisturbati (permeametri, edometri, etc.)

prove di permeabilità in fori di sondaggio, in pozzi ed in pozzetti


Regime idraulico installazione e misura piezometri


prove penetrometriche statiche CPT Prove su campioni indisturbati (edometro, compressione triassiale, taglio, etc.) prove penetrometriche dinamiche SPT

prove scissometriche

prove pressiometriche e dilatometriche

prove di carico su piastra

Proprietà fisiche e meccaniche

prove geofisiche (CH, DH, SASW)

Sintetizzando dalle Raccomandazioni AGI (1977)

Finalità Mezzi di indagine

Profilo stratigrafico

Diretti

• Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)

• Fori di sondaggio

Indiretti • Prove geofisiche

• Prove penetrometriche statiche

Proprietà fisico-meccaniche

Grandezze misurate

Tipo prova

σh0 σ:ε :σ

Scissometriche F

Penetrometriche statiche ☂ ☀

Penetrometriche dinamiche ☂ G

Pressiometriche ☀ ☀ ☁

Dilatometriche ☀ ☂ ☁

Geofisiche ☀

Misura pressione neutra • Piezometri idraulici

• Celle piezometriche

Permeabilità • Prove di emungimento

• Prove di immissione

Verifica impiego

analisi e tecnologie

• Prove di carico su piastre e pali

• Misure di pressioni neutre e permeabilità

(efficacia di drenaggi e impermeabilizzazioni)

• Misure di proprietà meccaniche

(efficacia di trattamento di miglioramento e rinforzo)

Legenda:

σho= tensioni orizzontali

σ:ε = legame tensio-deformativo

:σ = resistenza al taglio

☀ = impiego ottimale

☁ = limitazioni esecutive

☂ = interpretazione empirica

F = solo terreni a grana fine

G = solo terreni a grana grossa


STATO TENSIONALE INIZIALE

Lo stato tensionale efficace iniziale è individuato nelle semplici ipotesi di piano

campagna orizzontale dalle tensioni efficaci verticali (s’v) ed orizzontali

(s’o=K0s’v).

LA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE K0 E’ MOLTO COMPLESSA.

Relazioni analitiche Prove in sito

DILATOMETRO PIATTO

PRESSIOMETRO

K0(NC) 1-sen’

K0(OC) K0(NC) OCR


PRESSIOMETRO

Il pressiometro è uno strumento che applica una

pressione uniforme alle pareti di un foro di

sondaggio e misura tensioni e deformazioni della

parete

L’interpretazione di una prova pressiometrica

consente di ricavare informazioni su parametri

di deformabilità e resistenza


PRESSIOMETRO - utilità

E’ possibile ottenere:

• informazioni sullo stato tensionale in sito ed in particolare:

il coefficiente di spinta a riposo k0,

il grado di sovraconsolidazione OCR;

• parametri di deformabilità a basse deformazioni (affidabili se il foro

non è disturbato);

• parametri di rottura (resistenza non drenata in argille, resistenza

drenata in terreni granulari);

• stima della capacità portante di fondazioni sia superficiali che

profonde;

• stima dei cedimenti di fondazioni.

(dettagli sulla procedura di prova in ASTM D 4719) Indagini e Monitoraggio Geotecnico Lezione 10

• La prova consiste nel far espandere una sonda cilindrica in un foro di sondaggio musurando pressioni applicate e deformazioni radiali

• La sonda è generalmente installata verticalmente ed è collegata mediante tubi o cavi alla superficie dove agisce una centralina di controllo e misura

• La membrana viene fatta espandere contro il terreno circostante per mezzo della pressione di un fluido (acqua o gas) immesso dalla centralina di controllo attraverso appositi tubicini

• La deformazione del terreno viene rilevata misurando il volume di fluido iniettato nella sonda

• Prima di iniziare ogni prova si procede alla calibrazione del sistema (taratura) determinando le perdite di pressione, legate all’inerzia della membrana, e le perdite di volume, dovute all’elasticità dei tubi di collegamento e del serbatoio aria-acqua.

PRESSIOMETRO


Esistono diversi tipi di strumenti, principalmente: -Menard (MPM)

-Autoperforante (SBP)


Pressiometro da foro (Menard)

Dimensioni sonda: diametro d = 58 mm lunghezza L = 350 mm

Attrezzatura

1. Sonda cilindrica espandibile da fondo foro per immissione di gas o liquido 2. Sistema di aste 3. Dispositivi di pompaggio e misura pressioni + volumi di fluido immesso


Schema di pressiometro (Menard)

La cella centrale espandibile

contiene acqua collegata mediante

un tubo ad un serbatoio tarato posto

al piano campagna.

Aumentando la pressione dell’acqua

si provoca la dilatazione della cella,

la cui variazione di volume viene

determinata dalle variazione del

livello nel serbatoio.

Si misura:

• la pressione radiale;

• la variazione di volume V

della cella.

H=35 cm

D=5.8 cm


Schema di pressiometro (Menard)


Pressiometro Menard

Per ridurre gli effetti di bordo viene usata una sonda tricellulare


Principali caratteristiche

• diametro di 58 mm; • lunghezza di 350 mm; • foro trivellato a rotazione d=60

mm; • massima pressione = 2.5 MPa.

Pressiometro Menard


Pressiometro Menard


Pressiometri autoperforanti

Provvisto di utensile disgregatore

che rimuove un volume di terreno

pari a quello della sonda

Riduce il disturbo della

perforazione, e quindi è più

affidabile, ma il suo uso risulta

notevolmente più complesso, per

cui richiede personale altamente

specializzato


Drilling fluid

drilling fluid return

Drilling fluid

pore-pressurecell

soil removal

cutter

Penetration

shoe

Testing

rubber

electricaland gas

feelermembrane

Pressiometro autoperforante (SBPT)


Metodi di perforazione

Pressiometro autoperforante


Pressiometro autoperforante


Confronto tra le attrezzature


Prova pressiometrica (PMT): esecuzione

Limitazioni esecutive

Instabilità foro e difficoltà di ottenimento resistenza in terreni a grana grossa

1. Immissione di liquido in pressione 2. Misura di variazioni di volume

fase di contatto

con le pareti del foro


Interpretazione della prova

L’interpretazione della prova si basa sulla teoria dell’espansione

di una cavità cilindrica nelle seguenti ipotesi:

- Terreno omogeneo e saturo

- Condizioni di deformazione piana

- Indipendenza dalla velocità di deformazione

Nella prima fase si interpretano i risultati nell’ipotesi di

deformazione elastica lineare e isotropa

Nella seconda fase si assume un comportamento

perfettamente plastico del terreno


Interpretazione dei risultati

Il terreno si riporta alle condizioni di tensione

antecedenti l’esecuzione del foro; dal valore p0

si può dedurre il valore del coefficiente Ko

Il comportamento è elastico;

viene calcolato il modulo

pressiometrico Ep

Condizioni di rottura; pl

viene adoperata per la

valutazione dei parametri

di resistenza

PRESSIOMETRO


E’ possibile stimare il coefficiente di spinta a riposo a condizione di conoscere

la pressione neutra nell’intorno del pressiometro.

Per effetto del disturbo causato dall’infissione, a rigore questa misura è

possibile solo se si usa un pressiometro auto-perforante (non c’è il punto di

flesso iniziale).

Anche con il pressiometro autoperforante è indispensabile che tra la fine delle

operazioni di scavo e l’inizio della prova ci sia un adeguato tempo di

rilassamento (tempo che dipende dal tipo di terreno e dallo strumento).

PRESSIOMETRO


Pressiometro da foro (Menard)


Typical SBP test result

(loops removed)

300

300

300

0,03

Cavity stra in

Pre

ssu

re (

kP

a)

0,030,03

Pressiometro autoperforante (SBPT)


Espansione ELASTICA - 1

P=sho V = Vo

r = ro

P>sho V = Vo +V

r Si definisce una deformazione della cavità:

Il modulo pressiometrico di rigidezza tangenziale, GP,

si calcola come:

o

oc

r

rr

c

P

PG

2

1


• Modulo pressiometrico EM= K(DP/DV) con K 2000 se DP 200 cm3

V0 = 535 cm3 • p0,M sO solo se la cavità è indisturbata

• s0C pl se pl/pf =1.5 ÷ 2.0 e cu/pc = 0.2 ÷ 0.3

In generale

• Eed = 4.5 ÷ 6.0 EM

Deformabilità

• E1/3 = E0 pa (sm/pa)n

con:

pa = pressione atmosferica

sm = tensione principale media

E0, n = costanti del materiale

n = 0.6 ÷ 0.7

nv

n

a

n

M

kp

EE

)21(

3

00,

)1(0

s


k0 = 0.5 ÷ 1.0



Il modulo pressiometrico di rigidezza normale EP può essere calcolato come:

Per terreni coesivi, in condizioni non drenate, è possibile ricavare Eu a partire da G assumendo νu=0.5

Per terreni granulari, in condizioni drenate, è necessario assumere arbitrariamente un valore di ’ per calcolare E’

P m

PE 2(1 )V

V



Pertanto si possono stimare GP o EP a partire dal tratto pseudo-elastico della curva pressiometrica o in un ciclo di scarico-ricarico

CREEP TEST: la deformazione viene fatta avvenire a carico costante finché la velocità di deformazione non è pari a 0.1%/min


Espansione PLASTICA - 1

In TERRENI COESIVI (ARGILLE) la seconda fase della

prova (P > sho + su) consente di ricavare informazioni sulla resistenza non drenata su

In questa fase, all’aumentare della pressione in cavità si forma un anello plastico intorno alla cavità, mentre il terreno più lontano continua a deformarsi elasticamente. Si può scrivere:

Quando l’espansione diventa indefinita (assenza di variazione di pressione) si ha: e Per cui si può scrivere:

1

VV

V

o

LPP

L ho uu

GP s 1 ln

c

s

s

VV

Vln

s

GlnsP

0uuho


Espansione PLASTICA - 2

Poiché In questa fase, sarà:

Pertanto si può ricavare su dalla pendenza della curva pressiometrica in un piano semi-logaritmico Il valore è sistematicamente maggiore di quello TX

L ho uu

GP s 1 ln

s

s

L uo

VP P s ln

V V

su


Espansione PLASTICA – 2bis

su


Espansione PLASTICA - 3 In linea di principio è possibile stimare l’angolo d’attrito ’ e

l’angolo di dilatanza ψ da prove pressiometriche in SABBIA (condizioni drenate). Tuttavia l’entità del disturbo è spesso molto elevata. In tal caso è senza dubbio necessario utilizzare un pressiometro autoperforante e avere a disposizione un operatore specializzato.

In genere per sabbie e ghiaie si prescinde dalla valutazione di un parametro di resistenza da inserire nei metodi di calcolo usuali, ma si preferisce correlare i risultati della prova direttamente ai fattori di progettazione a mezzo di espressioni semi-empiriche (a carattere locale).


PRESSIOMETRO

(Ghionna et al. 1983)


PRESSIOMETRO - esempi di correlazioni

resistenza


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 100 200 300 400

E (MPa)

pro

f. d

al p

.c. (m

)

press_1

press_2

SPT

Confronto tra risultati di prove pressiometriche ed SPT in sabbia


PRESSIOMETRO

Esistono infine correlazioni, più o meno attendibili e verificate, con i

parametri pressiometrici (in particolare pL ed EP) per la stima della

capacità portante e dei cedimenti di fondazioni (superficiali e profonde)

(cfr. Menard, 1963; Baguelin et al., 1978)

PRESSIOMETRO - altre correlazioni


DILATOMETRO PIATTO

Il dilatometro piatto

(Marchetti) è costituito

da una piastra metallica

con un bordo affilato

fissata all’estremità di

una colonna di aste.

Su una faccia vi è una

membrana metallica a

tergo della quale si può

applicare una pressione

nota. Dimensioni lama ("pala"): larghezza = 95 mm spessore = 14 mm diametro membrana = 60 mm


• Viene infisso dal p.c. con un’attrezzatura simile al CPT fino alla profondità di prova

• La membrana viene messa in pressione da gas immesso attraverso i tubicini dal p.c.

• Attraverso una serie di contati elettrici si rilevano:

DILATOMETRO

• la pressione P1 corrispondente al

moto della membrana;

• la pressione P2 necessaria per

espandere la membrana di 1.1

mm;

• la pressione P3 corrispondente al

ritorno della membrana in

posizione di riposo

• L’attrezzo viene quindi infisso fino

alla nuova profondità di prova

Dettagli sulla procedura in

Schmertmann,1986


DILATOMETRO


DILATOMETRO


DILATOMETRO


DILATOMETRO


Prova dilatometrica: esecuzione

Ogni 20 cm di penetrazione, si immette gas in pressione misurando pressioni e spostamenti

p1 inizio espansione membrana p2 corrispondente ad un’espansione di

1.1 mm p3 ritorno alla condizione iniziale


DILATOMETRO

Tecniche di infissione

A terra A mare

Limitazioni esecutive: - difficoltà di penetrazione in terreni addensati - interpretazione empirica


DILATOMETRO

• Pressione litostatica s’v,0 e

pressione neutra u sono

relative alla profondità di prova

• Modulo dilatometrico ED= 34.7(P2-P1);

• Indice di sforzo laterale

• Indice del materiale

'

0,

1

v

D

uPK

s

uP

PPID

2

12


DILATOMETRO Esempi di applicazione e risultati


L’indice KD è correlato al coefficiente di spinta a riposo K0.

6.0

46.0

0

k

Dkk

DILATOMETRO


I valori combinati di ID e ED consentono di ricavare informazioni sulla consistenza

o l’addensamento

DILATOMETRO


49

Interpretation Marchetti, 1981 From A, B (p0, p1) :

Kd : an

amplified Ko

Theory of

elasticity

Rm=f(Kd,Id)

Distortion,

Horiz to Vert

Drained-

undrained


Resistenza non drenata

after Powell & Uglow, 1988 Indagini e Monitoraggio Geotecnico Lezione 10

51

Cu: Skeena Ontario Canada

Vs Field Vane

Mekechuk J. (1983). "DMT Use on C.N. Rail Line British Columbia",

First Int.Conf. on the Flat Dilatometer, Edmonton, Canada, Feb 83, 50


Cu: National Site FUCINO

Note the various Nc for CPT(U)

A.G.I., 10th ECSMFE Firenze 1991, Vol. 1, p. 37

Z (

m)

kPa


Mergellina

Station

Arco Mirelli

Station

San Pasquale

Station

MunicipioStatio

n

Chiaia

Station

tuff

tuffpozzolana

marine sandstuff

tuffpozzolana

marine sands

Made ground

Layered marine sands and silty sands

Pumices

Pyroclastic sand and pumices (Soccavo eruption)

Yellow Tuff

Pyroclastic silty sand (same origin of the yellow tuff)

Tuff interested by urban caverns

Made ground

Layered marine sands and silty sands

Pumices

Pyroclastic sand and pumices (Soccavo eruption)

Yellow Tuff

Pyroclastic silty sand (same origin of the yellow tuff)

Tuff interested by urban caverns




IN 3 SDMT 1

SDMT 2

0

0

5 10 m

CSM

I1


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4

K0

z (

m)

Marchetti et al.,

2001 (DMT-CPT)

Mayne, 1991 (CPT)


Documents

Lezione 10