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“INDAGINI IN SITO”

Corso di Geotecnica

Programmazione delle indagini

INDAGINI GEOTECNICHE

Ogni opera di ingegneria civile interagisce con una parte del sottosuolo, detta g p g g g pvolume significativo.

Il comportamento dell’opera dipende:

⌦ dai carichi applicati (noti) ⌦dalla geometria e dalle proprietà fisico‐meccaniche dell’opera stessa (noti e/o modificabili in fase di progetto)

⌦ dalla geometria e dalle proprietà fisico‐meccaniche del volume significativo di sottosuolo (da determinare e in genere immodificabili)

Ai fini della definizione del modello geotecnico da assumere nellaAi fini della definizione del modello geotecnico da assumere nella progettazione , le indagini in sito consentono di:

identificare la geometria del volume significativo di sottosuolo d f h d f ld(condizioni stratigrafiche e di falda)

caratterizzare, congiuntamente con le indagini di laboratorio, il comportamento meccanico delle diverse formazioni presenti ( tt i ti h di i t di d f bilità)(caratteristiche di resistenza e di deformabilità)

Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 2/64


INDAGINI IN SITO Le indagini geotecniche in sito hanno vantaggi che consentono di superare i limiti delle prove di laboratorio e allo stesso tempo presentano svantaggi che sono in parte colmati dalle potenzialità delle prove di laboratorio. Pertanto i p p pdue tipi di prove non sono alternativi ma complementari. VANTAGGI:

sono insostituibili per il riconoscimento stratigrafico p ginteressano grandi volumi di terreno molte di esse consentono di tracciare profili pressoché continui con la profondità delle grandezze misurate sono più rapide ed economiche il disturbo procurato sul terreno circostante è pressoché trascurabile sono quasi l’unico mezzo per caratterizzare dal punto di vista meccanico i terreni incoerenti (il cui campionamento “indisturbato” è molto difficile ed economicamente oneroso)

SVANTAGGI: le condizioni al contorno (condizioni di carico vincolo e di drenaggio)le condizioni al contorno (condizioni di carico, vincolo e di drenaggio) sono difficilmente individuabili e incerte

la modellazione della prova è spesso incerta e schematica l’interpretazione è talvolta affidata a relazioni empiriche o semi‐l interpretazione è talvolta affidata a relazioni empiriche o semi‐ empiriche



CORRELAZIONI Per convertire i valori delle grandezze misurate con prove in sito nei valori g pnumerici dei parametri geotecnici utili nella progettazione si utilizzano correlazioni, che a seconda della prova possono essere:

correlazioni primarie, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal risultato della prova utilizzando una solida base teorica con poche ipotesi da verificare (ad es. la stima di G0 da misure di VS);

correlazioni secondarie, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal risultato della prova utilizzando una base teorica, ma con approssimazioni e ipotesi sostanziali, e in genere con parametri intermedi (ad es. la stima di cu da qc)

correlazioni empiriche, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal risultato della prova senza giustificazione teorica, ossia dettata dall'esperienza, dalla pratica.



ESTENSIONE DELLE INDAGINI Le indagini geotecniche vanno condotte su quella parte di sottosuolo che verrà influenzata dalla costruzione dell’opera o che ne influenzerà il comportamento (ovvero il volume significativo).

Nel caso di terreno omogeneo, per le più frequenti opere geotecnicheNel caso di terreno omogeneo, per le più frequenti opere geotecniche(AGI, 1977):



ESTENSIONE DELLE INDAGINI

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N.B.: è evidente come tali indicazioni debbano essere convenientemente maggiroate in presenza di terreni molto eterogenei o di stratificazioni profonde di terreni di caratteristiche scadenti, mentre potranno essere ridotte, ad esempio, nel caso di rinvenimento di un substrato lapideo.


APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI

Il grado di approfondimento dell’indagine geotecnica nel volume significativo del sottosuolo dipende:

dalla fase di progettazione (di fattibilità, definitiva o esecutiva) dall’importanza dell’opera dalla complessità delle condizioni stratigrafiche e geotecniche

Secondo l’Eurocodice per l’ingegneria geotecnica (EC7) le opere da realizzare possono essere classificate in tre categorie geotecniche (GC) di importanza e e te ui o ia e te o i o do o adi di a ofo di e to e e ticrescente, cui ovviamente corrispondono gradi di approfondimento crescenti

dell’indagine geotecnica.



CATEGORIE GEOTECNICHE SECONDO L’EUROCODICE EC7 Strutture semplici caratterizzate da rischi molto limitati Esempi:Esempi:

GC1 - fabbricati di piccole dimensioni con carichi massimi alla base dei pilastri di 25,5kN o distribuiti alla base di murature di 10 kN/m,

- muri di sostegno o scavi sbatacchiati di altezza non superiore a 2m, scavi di piccole dimensioni per drenaggi o posa di fognature etcscavi di piccole dimensioni per drenaggi o posa di fognature, etc..

Tutti i tipi di strutture e fondazioni convenzionali che non presentano particolari rischi. Esempi: p

GC2

- fondazioni superficiali, - fondazioni a platea, - pali, - opere di sostegno delle terre o delle acque, p g q- scavi, - pile di ponti, - rilevati e opere in terra, - ancoraggi e sistemi di tiranti, gg- gallerie in rocce dure, non fratturate e non soggette a carichi idraulici elevati

Strutture di grandi dimensioni, strutture che presentano rischi elevati, GC3 strutture che interessano terreni difficili o soggette a particolari condizioni di

carico strutture in zone altamente sismichecarico, strutture in zone altamente sismiche



APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI Per le opere di categoria GC1 che ricadono in zone note con terreni diPer le opere di categoria GC1 che ricadono in zone note, con terreni di fondazione relativamente omogenei e di buone caratteristiche geotecniche, ove già esistono strutture analoghe che hanno dato buona prova di sé, etc.., l’indagine può essere limitata alla raccolta delle informazioni esistenti, e la l indagine può essere limitata alla raccolta delle informazioni esistenti, e larelazione geotecnica (sempre necessaria) può giustificare le scelte progettuali su base comparativa, per esperienza e similitudine.

Al contrario per opere di categoria GC3 occorre un piano di indagine molto approfondito e dettagliato, curato da specialisti del settore, che si estenda nel tempo (prima, durante e dopo la realizzazione dell’opera), comprendente p (p , p p ), pprove speciali, da affidare a ditte o enti altamente qualificati, mirate all’analisi dei problemi specifici e particolari dell’opera in progetto.

In questa sede ci limitiamo a considerare le indagini geotecniche per opere di categoria GC2.



CARATTERIZZAZIONE STRATIGRAFICA Per identificare le condizioni stratigrafiche e di falda all’interno del volume significati o di sottosuolo possono essere eseguitesignificativo di sottosuolo possono essere eseguite:

prove geofisiche scavi e trincee sondaggi e prove continue (o quasi) lungo verticali di esplorazionesondaggi e prove continue (o quasi) lungo verticali di esplorazione

Scavi e trincee di esplorazione mettono in luce ampie sezioni verticali del sottosuolo (consentono una descrizione di dettaglio della successione stratigrafica ed il prelievo di campioni anche di grandi dimensioni constratigrafica ed il prelievo di campioni anche di grandi dimensioni con minimo disturbo) ma sono caratterizzati da una modesta profondità di indagine. I sondaggi stratigrafici e geotecnici consentono di verificare direttamente laI sondaggi stratigrafici e geotecnici consentono di verificare direttamente la successione stratigrafica lungo una verticale di esplorazione, di prelevare campioni per le analisi di laboratorio, e di eseguire prove meccaniche e idrauliche a fondo foro, durante la perforazione.idrauliche a fondo foro, durante la perforazione. Le prove continue (o quasi) lungo verticali di esplorazione (CPT, SPT, DMT, etc.) consentono di identificare la successione stratigrafica e di stimare alcune proprietà geotecniche in modo indiretto mediante correlazioni con leproprietà geotecniche in modo indiretto mediante correlazioni con le grandezze misurate.



DENSITÀ DELLE INDAGINIDENSITÀ DELLE INDAGINI Nella maggior parte dei casi, le informazioni sulla successione stratigrafica e sulle proprietà meccaniche e idrauliche dei terreni presenti nel sottosuolo si p p priferiscono a verticali di esplorazione.

Tipologia di prova, numero, profondità e localizzazione delle verticali di esplorazione devono essere stabiliti in base alla forma e all’estensione delesplorazione devono essere stabiliti in base alla forma e all estensione del volume significativo, ed al livello di dettaglio richiesto,

tenendo conto anche di: Costo dell'indagine Costo di costruzione

tipologia e importanza dell’opera in progetto complessità e variabilità

Costo totale

pdel terreno di fondazione rapporto costi/benefici Minimo costo

Massimo approfondimento o

Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica

approfondimento

Approfondimento dell'indagine Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 geotecnica 11/64


DENSITÀ DELLE INDAGINIDENSITÀ DELLE INDAGINI AMPIEZZAORIENTATIVADELL’INDAGINE GEOTECNICA

Tipo di opera Distanza fra i sondaggi (m) Stratificazione

Numero minimo di l d l

Uniforme Media Caotica verticali di esplorazione

Edificio di 1÷2 piani 60 30 15 3

Edificio a molti piani 45 30 15 4

Pile e spalle di ponti, torri ‐ 30 12 1÷2 per ciascuna fondazione

Strade 300 150 30 ‐

Gallerie: progetto di massima progetto esecutivo

500 300 ‐100 50 ‐ ‐



TIPI DI INDAGINI

I mezzi di indagine in sito per l’identificazione condizioni stratigrafiche e diI mezzi di indagine in sito per l identificazione condizioni stratigrafiche e di falda del volume significativo di sottosuolo e per la caratterizzazione meccanica delle formazioni presenti, sono molti e di diversa complessità. I più diffusi in Italia, comunemente impiegati per la progettazione di opere diI più diffusi in Italia, comunemente impiegati per la progettazione di opere di categoria GC2 , sono:

le perforazioni di sondaggio, le prove penetrometriche dinamiche (SPT), le prove penetrometriche statiche (CPT), le prove con ppiezocono (CPTU), le prove dilatometriche (DMT)le prove piezometriche


Perforazione di sondaggio

SONDAGGI STRATIGRAFICI E GEOTECNICI Esistono due tipi di sondaggio:

d i i fisondaggio stratigrafico sondaggio geotecnico

Per sondaggio stratigrafico si intende una perforazione del terreno, in generePer sondaggio stratigrafico si intende una perforazione del terreno, in genere in direzione verticale, che consente di riconoscere la successione stratigrafica, mediante l’esame visivo e l’esecuzione di alcune prove di riconoscimento sul materiale estratto. Si parla di sondaggio geotecnico quando e la perforazione permette, oltre al riconoscimento stratigrafico, anche il prelievo di campioni “indisturbati” di terreno e l’esecuzione di prove in foro per la determinazione delle proprietà te e o e esecu io e di p o e i o o pe a dete i a io e de e p op ietàgeotecniche dei terreni in sede.

Durante la perforazione è possibile installare apparecchi di misura quali lpiezometri, inclinometri, etc..

Con le perforazioni di sondaggio è possibile attraversare qualunque tipo di terreno, anche a grande profondità e sotto falda, ed eseguire indagini anche g p g gsotto il fondo di fiumi o del mare.



TIPI DI SONDAGGI

Il d i ò d ttIl sondaggio può esser condotto: a distruzione se lo scopo della perforazione è solo quello di raggiungere

una data profondità, ad esempio per installare uno strumento di misura, e i t il i i t t ti fi il li di i inon interessa il riconoscimento stratigrafico o il prelievo di campioni

rappresentativi:

a carotaggio continuo se si vuole identificare in dettaglio la successionea carotaggio continuo se si vuole identificare in dettaglio la successione

Esistono diverse tecniche di perforazione :

a percussione, a rotazione, con trivelle ad elica



TECNICHE DI PERFORAZIONETECNICHE DI PERFORAZIONE Qualità dei

Metodo di Utensile di Diametro usuale

Profondità usuale Idoneità per tipo

Non idoneità per

campioni ottenibili

direttamenteClasse di qualitàperforazione perforazione usuale

(mm) usuale

(m) di terreno- tipo di terreno-

Terre coesive

direttamente con gli usuali

attrezzi di perforazione

qualità corrispondente

Percussione

Sonda a valvola

S l ll

150-600

150 600

60

60

Ghiaia, sabbia, limo

Tutti i terreni fino a

coesive tenere o molto

consistenti Rocce con resistenza

Disturbati, dilavati

Fortemente disturbati,

Q1 (Q2)

Q1

Trivella

Scalpello

Spirale a vite senza fine

150-600

Manuale 50-150

60

Manuale 10

rocce di media resistenza

Sopra falda: da coesivi a poco coesivi

alta o molto alta

Terre a grana

grossa

disturbati, dilavati e

frantumati

Disturbati, a volte dilavati

Q1

Q1 (Q2-Q3) fine

Tubo carotiere semplice

Tubo carotiere doppio

Meccanica 100-300

75-100

75-150

Meccanica 40

50-150

50-150

pSotto falda: coesivi grossa,

roccia

Terre a

sotto falda

Generalmente discreta Generalmente

Q (Q Q )

A secco Q2 (Q3)

Rotazione

Tubo carotiere doppio

Scalpelli a distruzione, triconi, etc..

attrezzatura rotary

75 150

60-300

50 150

Praticamente illimitata

Tutti i terreni escluse terre a grana grossa

Terre a grana grossa

(ghiaie, ciottoli,

etc..)

buona Non si ottengono campioni ma piccoli

Con circolazione di acqua o fango

Q1 (Q2) attrezzatura rotary frammenti di

materiale Q2 (Q3-Q4)



SONDAGGI ACAROTAGGIO CONTINUO La tecnica di perforazione attualmente più utilizzata per i sondaggi a carotaggio continuo è a rotazione.

Il terreno è perforato da un utensile spinto e fatto ruotare mediante una batteria di aste La perforazione può avvenire a secco o con immissione dibatteria di aste. La perforazione può avvenire a secco o con immissione di un fluido.

L’utensile di perforazione è un tubo d’acciaio (carotiere) munitoL utensile di perforazione è un tubo d acciaio (carotiere) munito all’estremità di una corona tagliente di materiale adeguato. Per evitare che il terreno campionato venga a contatto con la parte rotante e sia almeno parzialmente protetto dal dilavamento del fluido di circolazione, possonoparzialmente protetto dal dilavamento del fluido di circolazione, possono utilizzarsi carotieri a parete doppia, di cui solo quella esterna ruota.

Le carote estratte nel corso del sondaggio sono sistemate in apposite cassette catalogatrici.

Il diametro dei fori di sondaggio è in genere compreso tra 75 e 150mm.


Geotecnica Fascicolo 6/12

(a)

(b)

Doppio carotiere (a)Attrezzature per perforazione a distruzione (b)


SONDAGGI ACAROTAGGIO CONTINUO Per assicurare la stabilità della parete e del fondo del foro, ove necessario, si utilizza:

una batteria di tubi di rivestimento un fluido costituito in genere da una miscela di acqua con una percentualeun fluido costituito in genere da una miscela di acqua con una percentuale del 3÷5% di bentonite (fango bentonitico).

Il fango bentonitico è caratterizzato da un peso specifico di poco superiore a ll d ll’ d i i d i i à l l iquello dell’acqua e da tixotropia, ovvero da una viscosità molto elevata in

stato di quiete e molto minore in stato di moto. Tali caratteristiche rendono il fango bentonitico particolarmente adatto non solo a sostenere le pareti e il fondo del foro durante l’esecuzione ma anche a sollevare il materiale scavatofondo del foro durante l esecuzione ma anche a sollevare il materiale scavato verso la bocca del foro.

N B S i tili il f b t iti i f i lli lN.B. Se si utilizza il fango bentonitico viene a formarsi una pellicola impermeabile sulla superficie del foro che non consente l’esecuzione di prove di permeabilità e di misure piezometriche.



SONDAGGI ACAROTAGGIO CONTINUO

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SONDAGGI ACAROTAGGIO CONTINUO



SCHEDASTRATIGRAFICASCHEDASTRATIGRAFICA

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Campionamento

Possibili fonti di disturbo:

• rigonfiamento del terreno dovuto alla riduzione delle tensioni efficaci durante la perforazione;

• compressione del terreno per effetto dell’eccessiva sollecitazione prodotta dall’avanzamento del campionatore;

• presenza di materiale rimaneggiato a fondo foro;

• disturbi prodotti dalla penetrazione del campionatore;

• disturbo prodotto dal tipo di avanzamento;

• trasporto;

• conservazione;

• estrusione;

• annullamento del deviatore dello stato tensionale in sito.

Rimedi:

• evitare soste tra fine perforazione ed inizio del campionamento;

• evitare che la testa del campionatore sia infissa al di sotto del fondo foro;

• pulizia del fondo foro;

• usare campionatori con adeguati valori dei fattori geometrici;

• avanzamento a pressione;

• evitare scossoni e variazioni di temperatura;

• conservare in luoghi a temperatura ed umidità controllati;

• estrarre il campione con continuitàevitando ulteriori deformazioni;

• inevitabile.



Prelievo di campioni da scavi accessibili

a) cilindro campionatore; b) chiusura a flange con guarnizione; c) attrezzatura di spinta a vite

CAMPIONI


CAMPIONI I campioni estratti durante la perforazione possono avere diverso grado di disturbo in funzione sia della tecnica e degli strumenti utilizzati per il g pprelievo, sia della natura del terreno stesso.

Le principali cause di disturbo derivano: ⌦ dall’esecuzione del sondaggio (disturbo prodotto dalla sonda o

dall’attrezzo di perforazione) ⌦ dall’infissione ed estrazione del campionatore ⌦ dalla variazione dello stato tensionale

e nei provini sottoposti a prove di laboratorio: ⌦ dal trasporto e dalla non perfetta conservazione del campione⌦ dal trasporto e dalla non perfetta conservazione del campione ⌦ dalle operazioni di estrusione del campione dalla fustella ⌦ dalla cavitazione e ridistribuzione del contenuto in acqua ⌦ dalle operazioni di formazione del provino (ad esempio al tornio)⌦ dalle operazioni di formazione del provino (ad esempio al tornio) ⌦ dal montaggio nell’apparecchiatura di prova.

In particolare con gli usuali mezzi e tecniche di prelievo non è possibile estrarre campioni “indisturbati” di terreno incoerente.



CLASSI DI QUALITÀ DEI CAMPIONI Caratteristiche geotecniche G d di litàa a e i i e geo e i e

determinabili Grado di qualità

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

a) profilo stratigrafico X X X X Xb) composizione granulometrica

X X X X

c) contenuto d’acqua naturale

d) peso di volume

X X

X

X

XX X

e) caratteristiche meccaniche(resistenza, deformabilità, etc..) X

campioni disturbati disturbo indisturbatio rimaneggiati limitato



A parità di accuratezza nel campionamento, la classe di qualità massima raggiungibile dipende dal tipo di terreno e di campionatore: A. campionatore pesante infisso a percussione

fB. campionatore a parete sottile infisso a percussione C. campionatore a parete sottile infisso a pressione D. campionatore a pistone infisso a pressione E i t t i d i t tE. campionatore a rotazione a doppia parete con scarpa avanzata

Tipo di campionatore Tipo di terreno

A B C D EA B C D E

a) coesivi poco consistenti Q3 Q4 Q5

b) coesivi moderatamente consistenti oconsistenti

Q3 (Q4) Q4 Q5 Q5

consistenti (Q )

c) coesivi molto consistenti Q2 Q3 (Q3) (Q4) Q5

Q5

d) abbie fi i al di o a della falda Q2 Q3 Q3 Q3 d) sabbie fini al di sopra della falda

e) sabbie fini in falda

Q2 Q3

Q1 Q2

Q3

Q2

Q(Q4)

Q2 (Q3)

N.B. Si indicano tra parentesi le classi di qualità Q raggiungibili con campionamento molto accurato. Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 24/64

Prova SPT

PROVAPENETROMETRICADINAMICA (SPT)PROVAPENETROMETRICADINAMICA (SPT) La prova penetrometrica dinamica S.P.T. (Standard Penetration Test) è la prova in sito più diffusa ed utilizzata nel mondo (semplicità operativa, basso costo, vasta letteratura per l’interpretazione dei risultati).

Viene determinata la resistenza offerta dal terreno alla penetrazione dinamica di un campionatore alla penetrazione dinamica di un campionatoreinfisso a partire dal fondo di un foro di sondaggio o di un foro appositamente eseguito (φ = 60÷200 mm) e subordinatamente di prelevare piccoli campioni p p p(disturbati)

La prova S.P.T. consiste nel far cadere pripetutamente un maglio, del peso di 63,5 kgf, da un’altezza di 760 mm, su una testa di battuta fissata alla sommità di una batteria di aste alla cui estremità inferiore è avvitato un campionatore di dimensioni standardizzate.


Prova SPT

MISURE SPT Durante la penetrazione vengono misurate:

il numero di colpi di maglio N1 necessario a produrre l’infissione per i primi 15cm (tratto di avviamento) inclusa l’eventuale penetrazione quasi statica per ( ) p q pgravità, il numero di colpi di maglio N2 necessario a produrre l’infissione per altri 15cm, il numero di colpi di maglio N3 necessario a produrre l’infissione per ulteriori 15cm.

C l i t d t

maglio testa di

Complessivamente, durante la prova, il campionatore sarà infisso di: 15+15+15 45cm

battuta

15+15+15=45cm

Si assume quale resistenza alla penetrazione il φint = 35 mm

50parametro:

NSPT = N2 + N3

φest = 50 mm

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Prova SPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI I risultati della prova S.P.T. sono utilizzati per la stima indiretta, mediante correlazioni empiriche di:correlazioni empiriche, di:

densità relativa e resistenza al taglio delle sabbie (uso frequente) resistenza al taglio non drenata di terreni a grana fine (correlazioni più incerte, uso meno frequente)incerte, uso meno frequente)

Dato il carattere empirico dei metodi di interpretazione dei risultati della prova S.P.T. è assolutamente necessario seguire in modo scrupoloso la o edu a di ife i e to (ISSMFE 1988)procedura di riferimento (ISSMFE, 1988).

I risultati della prova sono infatti influenzati: dalle caratteristiche del campionatoredalle caratteristiche del campionatore dalle dimensioni delle aste dal sistema di battitura dalla tecnica di perforazionedalla tecnica di perforazione dalle dimensioni del foro

N.B. Quando una o più di questi fattori vengono modificati rispetto al procedura standard, esistono degli opportuni fattori correttivi per il parametroprocedura standard, esistono degli opportuni fattori correttivi per il parametro NSPT (anche quando le misure vengono effettuate sotto falda).


Prova SPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

Terreni sabbiosi Per la stima della densità relativa:

1) Gibbs e Holtz (1957)( lid bbi NC(valida per sabbie quarzose NC noncementate)

'σ v0 2N v0 2 N SPT = 17 + 24 D Rp a

in cui p è la pressione atmosfericain cui pa è la pressione atmosferica (pa=100 se σ’v0 è espresso in kPa, pa=1 se σ’v0 è espresso in kgf/cm2)


Prova SPT


2) Bazaara (1967)2) Bazaara (1967)(valida per sabbie sovraconsolidatecostipate in cantiere )

' 'σv0 2 σN = 20 1+ 4,1SPT D per v0 ≤ 0,732 R p a pa

σ ' ' N SPT = 20 v0 3,24+1,024

p 2 σ D R per v0 > 0,732

a pa

in cui pa è la pressione atmosferica (pa=100 se σ’v0 è espresso in kPa, p =1 se σ’ 0 è espresso in kgf/cm2)pa=1 se σ v0 è espresso in kgf/cm2)


Prova SPT

I E E A IO E EI I U A IINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI3) Marcuson e Bieganousky (1977)

' 0,5

D (%) =12,2+ 0,75 222 N +1600 σ

−711 OCR −754v0 2 −50 U R SPT pa

in cui OCR è il grado di sovraconsolidazione e U è il coefficiente di uniformità della sabbia

4) Skempton (1986)

NDR = cor 60

in cui N è il valore corretto dell’indice NSPT per tener conto della pressionein cui Ncor è il valore corretto dell indice NSPT per tener conto della pressione litostatica efficace:

C = N

1

2 ' per sabbie finiσ v0 1+ σ

N cor =C N con: N SPT

C N =

p 3

a

' per sabbie grosse2+

σ per sabbie grosse v0

Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica paCorso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 30/64

Prova SPT


L’angolo di resistenza al taglio può essere stimato in base al valore della densità relativa con le

l dcorrelazioni proposte daSchmertmann (1977) per differenti granulometrie:


Prova SPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI NSPT

L’angolo di resistenza al taglio può essere stimato anche mediante correlazioni dirette tra ’ e NSPT, che evitano le approssimazioni , ppdovute al doppio passaggio (NSPT‐ DR‐ f’):

1) Schmertmann (1975)1) Schmertmann (1975)

0,34

'= arctan N SPT

12,2+ 20,3σ '

v0

pa


Prova SPT


2) Hatanaka e Uchida (1996)

°) 20 N +20°)= 20 N cor +20

3) Peck, Hanson e Thornburn (1974)

' °)= 27,1+ 0,3 N − 0,00054 N 2cor cor) cor cor


Prova SPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Terreni a grana fine Pe la ti a della e i te a al ta lio o d e ataPer la stima della resistenza al taglio non drenata :

Elevata dispersione1) Stroud (1974)

(valida per argille non sensitive)(valida per argille non sensitive)

c =f Nu 1 SPT

dove f1 è un coefficiente funzionedi Ip (ha valori compresi tra 3.5 e 6.5kPa, e mediamente vale 4.4 kPa)kPa, e mediamente vale 4.4 kPa)

2) Hara et al. (1971)

c ( kPa ) = 29 N 0,72u SPT


Prova SPT


Terreni a grana fine Per la stima del grado di sovraconsolidazione:

1) Mayne e Kemper (1988)) y p ( )

0,689

OCR = 0,193N SPT

' σ 0σ v0

in cui σ’v0 espresso in MPa.


Prova CPT

PROVAPENETROMETRICA STATICA (CPT) La prova penetrometrica statica C.P.T. (Cone Penetration Test) è molto diffusa in I li ( d l’id ifi i d ll i i fiItalia (costo modesto, permette l’identificazione della successione stratigrafica lungo una verticale e la stima di molti parametri geotecnici).

Può essere eseguita in tutti Può essere eseguita in tuttii terreni, escluse ghiaie e terreni duri. É autoperforante e consiste pnell’infissione a pressione nel terreno, a partire dal p.c., ed alla velocitàpcostante di circa 20 mm/sec di una punta conica avente diametro 35,7 mm e angolo d ll ldi apertura 60°, collegata al dispositivo di spintamediante una batteria di bitubi.

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Prova CPT

PENETROMETRO STATICO

Il t t t ti i t tt l t i d i i tt i ti hIl penetrometro statico esiste attualmente in due versioni, con caratteristiche geometriche e procedure di prova normate a livello internazionale (ISSMFE, 1989):

⌦ il penetrometro meccanico con manicotto d’attrito ⌦ il penetrometro elettrico

Nei penetrometri meccanici con manicotto d’attrito la punta conica è solidale con una batteria di aste coassiali ad una tubazione di rivestimento. La parte finale, ovvero più prossima alla punta, della tubazione di rivestimento è

bil tit i il i tt di tt itmobile, e costituisce il manicotto di attrito.


Prova CPT

PENETROMETRO STATICO

Il t t t ti i t tt l t i d i i tt i ti hIl penetrometro statico esiste attualmente in due versioni, con caratteristiche geometriche e procedure di prova normate a livello internazionale (ISSMFE, 1989):

⌦ il penetrometro meccanico con manicotto d’attrito ⌦ il penetrometro elettrico

Nei penetrometri meccanici con manicotto d’attrito la punta conica è solidale con una batteria di aste ad una tubazione di rivestimento. La parte finale, ovvero più prossima alla punta, della tubazione di rivestimento è mobile, e costituisce il manicotto di attrito.


Prova CPT

PENETROMETRO MECCANICO Fasi operative

1) I i i l t it d f F ll t1) Inizialmente, esercitando una forza F1 sulle asteinterne collegate alla punta, si fa avanzare a velocitàcostante la sola punta per una lunghezza di 40 mm.

L’area della punta è:

Ap = (π 3,572)/4 = 10 cm2

L i di ll t d t l’ tLa pressione media alla punta durante l’avanzamento (resistenza di punta) vale:

qc = F1/Apqc F1/Ap

2) Al termine della corsa di 40mm, viene agganciato ilmanicotto d’attrito, che ha una superficie laterale:As = 150 cm2


Prova CPT

PENETROMETRO MECCANICOPENETROMETRO MECCANICO Fasi operative 3) La punta continua a penetrare trascinandosi

dietro anche il manicotto per altri 40 mm. Se siindica con F2 la forza necessaria a fare avanzare ilpenetrometro in questa seconda fase, e se si fal’i i h l i di i il’ipotesi che la resistenza di punta non sia variatarispetto al tratto precedente, è possibile calcolarela tensione tangenziale media lungo la superficied l i ( i l l l l ) ldel manicotto (resistenza laterale locale) con larelazione:fs = (F2‐F1)/As

4) Poi la spinta viene applicata alle aste esterne che,a punta ferma, raggiungono prima il manicotto epoi la punta, e infine fanno avanzare l’interopoi la punta, e infine fanno avanzare l interosistema.

5) Il procedimento viene ripetuto ogni 20cm e lemisure di qc e fs effettuate vengono attribuitemisure di qc e fs effettuate vengono attribuiteall’intero strato attraversato.


Prova CPT

PENETROMETRO MECCANICO


Prova CPT

PENETROMETRO MECCANICO VantaggiVantaggi

è uno strumento semplice e robusto può operare in un campo di terreni che va dalle argille alle sabbie grosse si possono raggiungere profondità dell’ordine di 40m e oltresi possono raggiungere profondità dell’ordine di 40m e oltre.

SvantaggiSvantaggi

le resistenze alla penetrazione sono dedotte da misure di forza eseguite in superficie (e quindi sono affette da errori dovuti al peso proprio e alla deformabilità delle aste, ed agli attriti tra le varie parti dell’attrezzatura)

la profondità delle misure è desunta dalla lunghezza delle aste e quindi soggetta ad errori derivanti dalla deviazione dalla verticale

l i di i t ll t di tt it l t l l l fle misure di resistenza alla punta, qc, e di attrito laterale locale, fs, possono essere troppo rade (ogni 20 cm) specie per depositi fittamente stratificati, inoltre non sono indipendenti fra loro e si riferiscono a profondità leggermente diverseprofondità leggermente diverse.


PENETROMETRO ELETTRICO

Prova CPT

PENETROMETRO ELETTRICO Il penetrometro elettrico costituisce la naturale evoluzione del pentrometro meccanico e ne supera in parte i limiti. Nel penetrometro elettrico le misure di pressione alla punta e di tensione laterale locale sono eseguite localmente ed in modo fra loro indipendente con trasduttori elettrici che inviano un segnale alla centralina posta in superficie. Un inclinometro alloggiato nelle aste permette di misurare la deviazione dalla verticale e di correggerne gli errori conseguenti. La frequenza delle misure può essere anche molto ridotta, tipicamente ogni 2‐5 cm, e i dati sono direttamente acquisiti in forma numerica. qI limiti risiedono nel maggiore costo dello strumento, e negli errori derivanti dalle componenti elettroniche (non linearità e isteresi delle celle di pressione, ( p ,sensibilità alle variazioni di temperatura, calibrazione).


Prova CPT


Riconoscimento stratigraficoRiconoscimento stratigrafico

L’analisi dei risultati di prove C.P.T. consente in primo luogo il riconoscimento litologico dei terreni attraversati e la ricostruzione della successione stratigrafica

Questa prima fase interpretativa è essenziale e necessaria per ogni ulteriore interpretazione geotecnica delle misure effettuate.interpretazione geotecnica delle misure effettuate.

Infatti durante la prova vengono misurate le resistenze di punta e di attrito laterale opposte dal terreno nelle condizioni di rottura determinate dalla penetrazione dello strumento con una velocità imposta e costante di 2penetrazione dello strumento con una velocità imposta e costante di 2 cm/sec. A seconda della permeabilità del terreno attraversato la rottura avviene in condizioni drenate o non drenate Pertanto il modello interpretativo delcondizioni drenate o non drenate. Pertanto il modello interpretativo del fenomeno della rottura, e quindi la successiva deduzione delle caratteristiche meccaniche a partire dalle grandezze misurate, è condizionato dal tipo di terreno cui si riferiscono i dati di resistenza misuratidal tipo di terreno cui si riferiscono i dati di resistenza misurati


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Riconoscimento stratigrafico

Schmertmann (1978) (valida per penetrometro meccanico)

− in ascissa il rapporto d’attrito o di frizione o delle resistenze, (in scala naturale)(in scala naturale)

f sR = 100 [‐]f qq c− in ordinata la resistenza di punta (in scala logaritmica)

qc [FL‐2]


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Riconoscimento stratigrafico

Robertson (1990) (valida per penetrometro elettrico)

− in ascissa il rapporto d’attrito normalizzato, (in scala logaritmica)(in scala logaritmica)

F = q c

f s100 [‐]

−σ v0c v0

− in ordinata la resistenza di puntanormalizzata(in scala logaritmica)(in scala logaritmica)

q Q =

−σ c v0 ' σ v0

[‐]


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Terreni sabbiosi L’avanzamento del penetrometro statico in terreni sabbiosi avvieneLavanzamento del penetrometro statico in terreni sabbiosi avviene generalmente in condizioni drenate, ed è quindi possibile interpretarne i risultati in termini di tensioni efficaci. L d i à l i ò iLa densità relativa può essere stimata:

1) Jamiolkowski et al. (1985)(per sabbie silicee, non cementate, di(per sabbie silicee, non cementate, direcente deposizione, normalmenteconsolidate)

q D =−98+66 log c

r ' 0,5(σ v0 ) con qc e σ’v0 espressi in t/m2

(1 t/m2 10 kPa)


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI2) Baldi et al. (1986)

1 q c D r= ln

' C 1C2 C ( σ0 ) (0 )

dove C0, C1 e C2 sono costanti, qc è la resistenza penetrometrica di punta espressa in kPa, e σ’ è la tensione efficace (verticale o media) ll f dità d ll ialla profondità della misura per sabbie silicee moderatamente compressibili, normalmente consolidate, di recente deposizione e non cementate (per le quali si assume K0 = 0,45) :

C0=157 C1=0,55 C2=2,41 σ’ = σ’v0

per sabbie sovraconsolidate (K0 > 0,45):

C 181 C 0 55 C 2 61 σ’ σ’ (σ’ 0 + 2 σ’h0)/3C0=181 C1=0,55 C2=2,61

Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010

σ = σ m = (σ v0 + 2 σ h0)/3

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Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

Terreni sabbiosi NC Terreni sabbiosi OCTerreni sabbiosi NC e e i a io i O


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

L’angolo di resistenza al taglio può essere Resistenza alla punta, qc (MPa)

stimato anche mediante correlazioni dirette tra ’ , σ’v0 e qc, che evitano le approssimazioni dovute al doppio

i ( D ’)passaggio (qc‐DR‐ ’):

1) Robertson e Campanella (1983)(per sabbie quarzose non cementate)(per sabbie quarzose non cementate)

q '= arctan 0,1+ c 0,38 log

', , g

' σ v0


Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Terreni coesivi L’avanzamento del penetrometro statico in terreni a grana fine saturi avviene p ggeneralmente in condizioni non drenate, ed è quindi possibile interpretarne i risultati in termini di tensioni totali. In particolare possono essere stimate (Mayne e Kemper, 1988):In particolare possono essere stimate (Mayne e Kemper, 1988): ‐ la resistenza al taglio in condizioni non drenate

cq c −σ v0 con

c u = c v0

N k Nk = 20 per penetrometro meccanico Nk = 15 per penetrometro elettrico

(più in generale Nk può assumere valori compresi tra 5 e 21, con andamento (p g p pcrescente con l’indice di plasticità). ‐ la pressione di consolidazione

σ ' = 0 243 ( q )0 96con σ’c e qc espressi in Mpaσ c = 0,243 ( q )0,96 c con σ c e qc espressi in Mpa‐ il grado di sovraconsolidazione

OCR = 0 37q c

1,01 −σ v0 OCR 0,37 ' σ

v0Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 51/64

Prova CPT

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI Terreni coesivi È possibile anche stimare il modulo edometrico ovvero il modulo diÈ possibile anche stimare il modulo edometrico, ovvero il modulo di deformazione in condizioni di deformazioni laterali impedite (Sanglerat, 1972):

M = 1 =' 2,3 (1+ e) σ v =α q cM

m v C c α q c

qc < 0,7 MPa 3 < α < 8Argille di bassa plasticità (CL) 0,7 < qc < 2,0 MPa 2 < α < 5

qc > 2,0 MPa 1 < α < 2,5

Limi di bassa plasticità (ML) qc < 2,0 MPa 3 < α < 6 qc > 2,0 MPa 1 < α < 3

Argille e limi di elevata plasticità (CH, MH)

qc < 2,0 MPa 2 < α < 6

Limi organici (OL) qc < 1,2 MPa 2 < α < 8q < 0 7 MPaqc < 0,7 MPa50 < w* < 100 1,5 < α < 4

Torbe e argille organiche (Pt, OH)100 < w < 200 1 < α < 1,5

w > 200 0 4 < α < 1w > 200 0,4 < α < 1

*w = contenuto in acqua (%)Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 52/64

Prova CPTU

PROVACOL PIEZOCONO (CPTU) La prova CPTU viene effettuata con un penetrometro elettrico modificato (piezocono) munito di uno o più elementi porosi (filtri) per la misura delle (p ) p p ( ) ppressioni interstiziali. La prova viene effettuata in terreni saturi sotto falda secondo le stessesaturi sotto falda secondo le stesse modalità della prova CPT (con penetrometro elettrico) e consente una misura (quasi) continua:una misura (quasi) continua:

della resistenza di punta, qcdella resistenza laterale, fsd ll i i i t ti i lidelle pressioni interstiziali (u1, u2 e u3)

La misura delle pressioni interstiziali, per p pessere affidabile, richiede la completa saturazione del filtro e può essere effettuata a penetrometro fermo (prove di p (pdissipazione) o in movimento.


Prova CPTU

INTERPRETAZIONE DELLAPROVACPTU La prova CPTU, mediante la misura contemporanea della resistenza alla punta qc e della pressione interstiziale ui (i = 1, 2 ,3 a seconda della posizione del piezometro) consente, rispetto alla prova CPT, di delineare meglio la stratigrafia di un deposito ed in particolare gli strati a differente permeabilità:

nelle sabbie, ove la penetrazione avviene in condizioni drenate, si hanno valori di qc alti, associati a valori di ui prossimi a quelli relativi alle condizioni i i i li di ilib i d ll f ld ( )iniziali di equilibrio della falda (ui = u0);

nelle argille, ove la penetrazione avviene in condizioni non drenate, si hanno valori di qc bassi (nel caso di terreni NC) associati a valori di ui più altihanno valori di qc bassi (nel caso di terreni NC), associati a valori di ui più alti di quelli relativi alle condizioni iniziali di equilibrio della falda (ui = u0 + ∆u).

OSS Inoltre essendo la misura delle pressioni neutre in genere più sensibileOSS. Inoltre essendo la misura delle pressioni neutre in genere più sensibile alle variazioni del tipo di terreno, rispetto alle misure di qc, si possono meglio individuare sottili stratificazioni ed intercalazioni di terreno.


Prova CPTU

INTERPRETAZIONE DELLAPROVACPTU

Esistono dei diagrammiEsistono dei diagrammi analoghi a quelli già visti per la prova CPT per la classificazione dei terreniclassificazione dei terreni che tengono conto anche della misura delle pressioni neutre.

Esistono delle correlazioni empiriche per la stima dei parametri di resistenza al taglio e di deformabilità d i t i i i b t tdei terreni coesivi bastate anche sulla misura di u.


Prova CPTU

Riconoscimento stratigrafico Robertson (1990) − in ascissa il rapporto dellein ascissa il rapporto delle pressioni interstiziali,

∆u B q = q −σq t σ v0

dove qt è la resistenza alla punta corretta: q =q +u (1 a)qt=qc+u 2 (1− a)

con 0.55 < a = An/Ac < 0.9 Ac area della punta pAn area della parte del cono che agisce sulla cella di carico

− in ordinata la resistenza di punta pnormalizzata (in scala logaritmica)

q Q =

−σ c v0Q = ' σ v0Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 56/64

PRO E DI DISSIPA IO E

Prova CPTU

PROVE DI DISSIPAZIONE Col piezocono possono anche essere effettuate, in corrispondenza di terreni coesivi, misure di dissipazione, che consistono, una volta arrestata la , p , ,penetrazione, nel misurare la velocità di riduzione nel tempo della sovrappressione iniziale (conseguente alla rottura in condizioni non drenate) per la stima delle caratteristiche di permeabilità e consolidazione del terreno. p p

Da tali curve si ricavano (con un modello interpretativo dimodello interpretativo di consolidazione orizzontale):

il coefficiente di consolidazione orizzontale (cH) il coefficiente di permeabilità orizzontale (kH)


PRO ADI A O E RICA (D )

Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT)

La prova dilatometrica utilizza la stessa attrezzatura della prova t t i t ti t il di f i l di i i dipenetrometrica statica e come utensile di perforazione una lama di acciaio di

forma e dimensioni standardizzate (lama dilatometrica), dotata nella parte centrale di una membrana deformabile piana,di forma circolare.

La lama, collegata ad una batteria d’aste, viene infissa a pressione nel terreno edpressione nel terreno ed arrestata ogni 20 cm.


Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT) Apenetrometro fermo, la membrana viene espansa aumentando gradualmente la pressione del gas a tergo e misurati i valori della pressione corrispondentila pressione del gas a tergo e misurati i valori della pressione corrispondenti all’inizio dell’espansione (p0) e ad uno spostamento del centro di 1.1 mm (p1).

Le pressioni p0 e p1, insieme al valore della pressione interstiziale in sito, u0, e della tensione geostatica efficace verticale ’ 0 consentono di determinaree della tensione geostatica efficace verticale, σ’v0, consentono di determinare una serie di indici utili per la classificazione dei terreni, o per la stima, tramite correlazioni empiriche, delle caratteristiche di deformabilità e di resistenza del terreno:resistenza del terreno:

p −pI d = 1 0

p −u INDICE DELMATERIALE

0 0p

k d =

0 0

p −u0 0

σ' V0

INDICE DI TENSIONE ORIZZONTALE σ V0

MODULO E = 34.7 (p −p )d 1 0 DILATOMETRICO


Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT) Classificazione dei terreni

Utilizzando l’indice del materiale e il modulo dilatometrico si possono classificare i terrenipossono classificare i terreni attraversati:


Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT) Correlazioni empiriche per la stima delle caratteristiche di deformabilità e di resistenza del terrenoresistenza del terreno ‐ Coefficiente di spinta a riposo, K0

K D0,47

K = 0,DMT K D

1,5 −0,6 per ID < 1,2

‐ Resistenza al taglio non drenata, cu

' c = 0,22 σ ( 0,5 K )1,25 per ID < 1,2 u,DMT vo D

‐ Grado di sovraconsolidazione, OCR

OCRDMT = ( 0,5 K )1,56D per ID < 1,2 OCR DMT ( 0,5 K )1,56D pe I ,

‐ Angolo di resistenza al taglio, ’

' 28 14 6 l K 2 1 l 2 K I' = 28 + 14,6 logK − 2,1 log DMT D

Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010

2 K per ID > 1,8 D

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Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT) ‐ Modulo edometrico, MDMT

R = 0,14 + 2,36 log K I D ≤ 0,6 M D

M =R E R M

0,6 < I <3 = R M 0 + ( 2,5− R M 0 ) log K D

DMT M D D R M 0 = 0,14+0,15 (I D −0,6)

I D ≥3 R = 0,5 + 2 log K M D

se K > 10 R = 0,32 + 2,18 log K D

se R < 0,85

M D

R = 0,85M Mse R 0,85 R 0,85 M M


Prova DMT

PROVADILATOMETRICA (DMT) Profilo dilatometrico interpretato


Prova DMT

PROVE DI DISSIPAZIONE Col dilatometro possono anche essere effettuate, in corrispondenza di p , pterreni coesivi, misure di dissipazione (DMTA), che consistono, una volta arrestata la penetrazione della lama, nel misurare la velocità di riduzione nel tempo della pressione esercitata dal terreno sulla membrana (curve di p p (dissipazione). Da tali curve si ricavano (adottando un modello interpretativo di

lid i i l )consolidazione orizzontale): il coefficiente di consolidazione orizzontale (cH)

2

c h 7cm 2

Tflex

il ffi i t di bilitàil coefficiente di permeabilitàorizzontale (kH)

k c h γ w con M K Mk h,DMTA con M K Mh 0 DMT M h Origine e struttura dei terreni – Fondamenti di Geotecnica Corso di Laurea in Scienze dell’Ingegneria Edile A.A. 2009/2010 64/64

“indagini in sito” - istituto tecnico economico ... indagini in sito.pdf · progettazione , le...

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