4 - misure piezometriche + prove permeabilità...
TRANSCRIPT
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Misure piezometriche
Attrezzatura
Piezometri idraulici a tubo aperto misura della quota piezometrica hCelle piezometriche misura della pressione neutra u
Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie
Tubo piezometrico a tutta altezza
(per misure di u medie,in sottosuolo omogeneo)
Presa localizzata
(per misure locali di u,in sottosuolo stratificato)
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Installazione di un piezometro a tubo aperto - I
1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dellintercapedine tra tubo e foro
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2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione
Installazione di un piezometro a tubo aperto - II
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Esecuzione di una lettura piezometrica
3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico
Freatimetro(sondina elettrica
con sensore acustico)
... o in foro di sondaggio
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Piezometri idraulici per misure localizzate
Piezometro Bishop
(a circuito chiuso)
Piezometro a infissione
(GeoNor)
Piezometro Casagrande
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Installazione di piezometro Casagrande
TA
PP
OF
ILT
RO
1,00
RIE
MP
IME
NT
O
0,50
Miscela secca di sabbia cemento e bentonite
1,30
m
529,00 m
0,30
0,50
TA
PP
O
1,00
1,30
m
0,50
0,30
0,50
1,00
RIE
MP
IME
NT
O
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)
Sabbia silicea
Sabbia silicea
FIL
TR
OT
AP
PO
Miscela secca di sabbia cemento e bentonite
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)
Presa con filtro poroso
Batteria di tubi ( 1.25 cm)
giunti esterni
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Misure piezometriche Prove permeabilit
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Piezometro Casagrande: preparazione tubi
1. nastro di teflon
3. silicone
4. nastro adesivo
2. giunto
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Piezometro Casagrande: saturazione filtro
Fase da effettuare con tubi gi collegati
alla presa filtrante!
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Piezometro Casagrande: installazione in foro
1. Getto di sabbia a fondo foro
2. Posa in opera filtro e tubi
3. Bentonite in pelletsper tappo impermeabile
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Misure piezometriche Prove permeabilit
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Celle piezometriche
piastra porosa
piastraporosa
trasduttoredi pressione
Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto
La piastra porosa evitalintasamento o locclusioneper effetto dellinfiltrazione
di particelle solide
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Celle piezometriche: messa in opera
1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro
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Esecuzione della misura piezometrica
I tempi di riequilibrio idraulico sono:- proporzionali al volume dacqua in ingresso - inversamente proporzionali alla permeabilit
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tempo, t
prof
ondi
t, z
/z0 1
t95
0.05
arctan(-Fk/A)
Prontezza della misura piezometrica
Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico
Prontezza (t95)-1
==== tAFk
z
zlndt
A
Fk
z
dzdt
A
Fk
z
dzFkzq
z
z 0
t
00
diminuisce con la sezione del tubo A
aumenta con il coefficiente dingresso F
aumenta con la permeabilit del terreno k
Fk
A305.0ln
Fk
At95.0
e1z
z1
z
h
95
tAFk
00
==
===
risposta di Tempo
ioneequalizzaz di Rapporto
tAFk
0e
z
z =
Equazione di continuit: dzAdhAdtq ==
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Misure piezometriche Prove permeabilit
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Tipologia di filtri e coefficienti di ingresso
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Misure piezometriche Prove permeabilit
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Scelta del tipo di strumento
TipoD
(cm)Funzionamento Installazione
Permeabilit terrenik (cm/s)
Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggioelevata(> 104)
Casagrande 11.5presa localizzata, volumi ridotti
in foro sondaggio* media(106 105)Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie
A circuito chiuso (Bishop)
11.5chiusura idraulica con manometro livelli idrici pi elevati del p.c.
in foro sondaggiomedio-bassa(108 106)
Celle piezometriche
n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio*bassa
(1010 109)
* anche infisso in terreni fini poco consistenti
Il tipo di strumento va selezionato
in relazione alle condizioni di sottosuolo
ed alla velocit del fenomeno da monitorare
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k
w
wkk=
Il coefficiente di permeabilit
Il coefficiente di permeabilit (o conducibilit idraulica k) non un parametro intrinseco del terreno
in quanto dipende anche dal fluido e dallo stato del terreno stesso.
In linea di principio k si potrebbe esprimere come:
= permeabilit assoluta, dipendente solo dal solido poroso
w, w= peso specifico e viscosit del fluido
I principali fattori che influenzano k sono quindi:
per il fluido la temperatura (da cui dipendono w e w) per il solido la granulometria (influenza dimensione e tortuosit degli interstizi)
L influenza della granulometria riflessa dalla relazione empirica per sabbie uniformi:
(Hazen, 1911)
(k in cm/s, c=0.4 1.2, D10 in mm)
che evidenzia la dipendenza di k soprattutto dalla dimensione dei granuli pi fini!
210Dck =
Hanno influenza su k anche: - la microstruttura (k decresce con lattivit mineralogica)
- la porosit (per un dato terreno)
Espressione di Kozeny - Carman
w
w
e
ek
+
=
1
3
2
( = funzione della microstruttura, = superficie specifica, e = indice dei vuoti)
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Il coefficiente di permeabilit: valori tipici
Terreni sabbiosi
Terreni argillosi
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In definitiva, k influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui:
il parametro geotecnico con maggiore variabilit in natura (k = 10-10 10 cm/s)
va determinato sperimentalmente con apposite prove
In laboratorio
Misura del coefficiente di permeabilit
In sito
permeametro
edometro
pozzi
piezometri
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Prove di permeabilit in sito
Esecuzione: - in fori di sondaggio condizionati come piezometri idraulici
- in pozzetti superficiali
- in pozzi con piezometri di controllo
Principio: ottenere il coefficiente di permeabilit (k)
dal confronto tra portate (emunte o immesse) e gradienti idraulici
Pro e contro
(contromisura: eseguire entrambi e mediare i risultati)
Emungimento solo sotto falda, rischio di erosione del terreno ( sovrastima di k)
Immissione anche fuori falda, graduale intasamento del filtro ( sottostima di k)
pozzi
piezometri
-
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si misura (p. es. con un contatore) la portata q
necessaria per mantenere costante il dislivello idraulico h
imposto da una pompa tra foro e terreno
Interpretazione
= kFhq
Prove in foro a carico costante
Fh
qk =
(F = coefficiente dingresso)
-
Misure piezometriche Prove permeabilit
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Esecuzione (in immissione/emungimento):
si registra nel tempo labbassamento/risalita z
del livello idrico nel foro,
prodotto da un sovralzo/depressione iniziale
tA
Fkzze
z
z tAFk
==
00
lnln
per cui k si pu ottenere:
dalla pendenza locale:
dal coefficiente angolare della retta di regressioneF
Ak == tzln
Prove in foro a carico variabile
Interpretazione
12
21 )ln()ln(
tt
zz
F
Ak
=
-
Esecuzione di una prova di permeabilit in foro
Esecuzione delle letture con sondina elettrica
-
0,00001
0,0001
0,001
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tempo, t (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eab
ilit
, k (c
m/s
)
PS1 - ho = 0.55 m
PS2 - ho = 9 m
0,1
1
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tempo, t (min)
alte
zze,
h (m
)
PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m
Letture altezza acqua nel foro
(per diversi livelli iniziali)
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilit in foro
F
A
t
hk
= ln
2
5.115.1ln
3
++
=
D
L
D
L
LF
L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo
-
Esecuzione di una prova di permeabilit in pozzetto
Esecuzione delle letture con asta graduata
-
Misure piezometriche Prove permeabilit
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Letture livello acqua nel pozzetto (b130 cm)
per diversi livelli iniziali
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilit in pozzetto
0,00001
0,0001
0,001
0 60 120 180tempi (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eab
ilit
, k (
cm/s
)
PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm
50
100
150
0 60 120 180tempo, t (min)
alte
zza,
h (c
m)
PP1 - ho = 80cm
PP2 - ho = 115cm
PP3 - ho = 134cm
+
+
=
b
hb
h
t
hk
913
21
-
Prove da pozzo con piezometri di controllo
Pozzo in falda freatica
(confinata inferiormente)
21
22
12
hh
)rlog()rlog(Qk
=
Pro e contro:
costi elevati; tempi esecutivi lunghi per prove in regime stazionario
rappresentative di ampi volumi di sottosuolo; eseguibili anche in falde artesiane
richiedono unattenta modellazione analitica del problema
-
12
12 )log()log(
2 hh
rr
b
Qk
=Pozzo in falda artesiana
Prove da pozzo con piezometri di controllo