misure piezometriche le misure piezometriche in sito prove ... · piezometri idraulici a tubo...
TRANSCRIPT
Raccomandazioni AGI (1977):
Finalità Mezzi di indagine
Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)
Fori di sondaggio
Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche
Proprietà fisico-meccaniche
Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε τ:σ
Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀
Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche
Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio-deformativoτ:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa
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)
Le misure piezometriche in sitoMisure piezometriche
Prove permeabilità1
Tecniche di misura piezometrica in sito
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)
Misure piezometricheProve permeabilità
2
Installazione di un piezometro a tubo aperto - I
1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell’intercapedine tra tubo e foro
Misure piezometricheProve permeabilità
3
2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione
Installazione di un piezometro a tubo aperto - IIMisure piezometriche
Prove permeabilità4
Esecuzione di una lettura piezometrica
3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico
Freatimetro(sondina elettrica
con sensore acustico)
... o in foro di sondaggio
Misure piezometricheProve permeabilità
5
Piezometri idraulici per misure localizzate
Piezometro Bishop(a circuito chiuso)
Piezometro a infissione(GeoNor)
Piezometro Casagrande
Misure piezometricheProve permeabilità
6
TAP
PO
FILT
RO
1,00
RIE
MP
IME
NTO
0,50
Miscela secca di sabbia cemento e bentonite
1,30
m
529,00 m
0,30
0,50
TAP
PO
1,00
1,30
m
0,50
0,30
0,50
1,00
RIE
MP
IME
NTO
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)
Sabbia silicea
Sabbia silicea
FILT
RO
TAP
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
Installazione di piezometro CasagrandeMisure piezometriche
Prove permeabilità7
1. nastro di teflon
3. silicone
4. nastro adesivo2. giunto
Piezometro Casagrande: preparazione tubiMisure piezometriche
Prove permeabilità8
Fase da effettuare con tubi già collegati
alla presa filtrante!
Piezometro Casagrande: saturazione filtroMisure piezometriche
Prove permeabilità9
1. Getto di sabbia a fondo foro
2. Posa in opera filtro e tubi
3. Bentonite in pelletsper tappo impermeabile
Piezometro Casagrande: installazione in foroMisure piezometriche
Prove permeabilità10
Celle piezometriche
piastra porosa
piastraporosa
trasduttoredi pressione
Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto
La piastra porosa evital’intasamento o l’occlusioneper effetto dell’infiltrazione
di particelle solide
Misure piezometricheProve permeabilità
11
Celle piezometriche: messa in opera
1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro
Misure piezometricheProve permeabilità
12
Esecuzione della misura piezometrica
I tempi di riequilibrio idraulico sono:- proporzionali al volume d’acqua in ingresso
- inversamente proporzionali alla permeabilità
Misure piezometricheProve permeabilità
13
tempo, t
prof
ondi
tà, z
/z0 1
t95
0.05
arctan(-Fk/A)
Prontezza della misura piezometrica
Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico
‘Prontezza’ ∝ (t95)-1
0 00
lnz t
z
dz Fk dz Fk z Fkq Fkz dt dt tz A z A z A
= ⇒ = − ⇒ = − ⇒ =− ⇒∫ ∫
diminuisce con la sezione del tubo A
aumenta con il coefficiente d’ingresso F
aumenta con la permeabilità del terreno k
0 0
95
1 1
30.95 ln 0.05
Fk tAh z e
z zA At
Fk Fk
ε
ε
−= = − = −
= ⇒ = − ≈
Rapporto di equalizzazione
Tempo di risposta
0
Fk tAz e
z−
=
Equazione di continuità: q dt A dh A dz⋅ = ⋅ = − ⋅
Misure piezometricheProve permeabilità
14
Tipologia di filtri e coefficienti di ingressoMisure piezometriche
Prove permeabilità15
Scelta del tipo di strumento
Tipo D(cm) Funzionamento Installazione Permeabilità terreni
k (cm/s)
Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggio elevata(> 10–4)
Casagrande 1÷1.5presa localizzata, volumi ridotti
in foro sondaggio* media(10–6 ÷ 10–4)Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie
A circuito chiuso (Bishop) 1÷1.5 chiusura idraulica con manometro
livelli idrici più elevati del p.c. in foro sondaggio medio-bassa(10–8 ÷ 10–6)
Celle piezometriche n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* bassa(10–10 ÷ 10–8)
* anche infisso in terreni fini poco consistenti
Il tipo di strumento va selezionato
in relazione alle condizioni di sottosuolo
ed alla velocità del fenomeno da monitorare
Misure piezometricheProve permeabilità
16
In definitiva, k è influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui:
• è il parametro geotecnico con maggiore variabilità in natura (k = 10-10 ÷ 10 cm/s)
• va determinato sperimentalmente con apposite prove
In laboratorio
Misura del coefficiente di permeabilità
In sito
permeametro
edometro
pozzi
piezometri
Misure piezometricheProve permeabilità
17
La misura della permeabilità in laboratorio
Procedura generale di prova in permeametro di Darcy:1. Applicare un gradiente idraulico (i=h/l) ad un provino cilindrico di lunghezza l2. Misurare la velocità di flusso v (portata filtrante Q / area A)3. Applicare legge di Darcy per ottenere il coefficiente di permeabilità k
Q hv ki kA l= = =
In laboratorio il coefficiente di permeabilità è misurabile mediante:- Permeametri- Celle triassiali e edometriche (cfr. prove compressibilità)
Q lAQ
h
Misure piezometricheProve permeabilità
18
Procedura adatta per terreni a grana grossa
Prove di permeabilità a carico costante
Carico idraulico h misurato in sottili tubi
piezometriciPortata effluente
regolata dal dislivello∆H tra i serbatoi di
carico e scarico
Volumi V misurati
con buretta graduata
a intervalli ∆t regolari
Provino cilindricodi altezza l ed area A
(>20cm2)
QlkAh
=
Relazione V:t
VQt
∆=∆
⇓Portata (media)
Elaborazione
⇓Permeabilità
Misure piezometricheProve permeabilità
19
Abbassamento progressivo del
livello idrico h nel tubo
(di sezione a)⇓
gradiente idraulico ∆h variabile
h misurata a intervalli di
tempo ∆t regolari
Provino cilindrico di sezione A eventualmente sottoposto a sovraccarico
verticale
Elaborazione
Permeabilità
( )1 2ln h halkA t
=∆
Diagramma ln(h):t
Prove di permeabilità a carico variabile
Procedura adatta per terreni a grana fine
Misure piezometricheProve permeabilità
20
Raccomandazioni AGI (1977):
Finalità Mezzi di indagine
Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)
Fori di sondaggio
Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche
Proprietà fisico-meccaniche
Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε τ:σ
Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀
Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche
Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio-deformativoτ:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa
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)
Le misure di permeabilità in sitoMisure piezometriche
Prove permeabilità21
Tecniche di misura di permeabilità 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 permeabilità (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
Misure piezometricheProve permeabilità
22
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si misura (p. es. con un contatore) la portata qnecessaria per mantenere costante il dislivello idraulico himposto da una pompa tra foro e terreno
Interpretazione
q kFh= ⇒
Prove in foro a carico costante
qkFh
=
(F = coefficiente d’ingresso)
Misure piezometricheProve permeabilità
23
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si registra nel tempo l’abbassamento/risalita zdel livello idrico nel foro, prodotto da un sovralzo/depressione iniziale
tA
Fkzzezz t
AFk
−=⇒=−
00
lnln
per cui k si può ottenere:
• dalla pendenza locale:
• dal coefficiente angolare β della retta di regressione AkF
β=ln z tα β= − ⇒
Prove in foro a carico variabile
Interpretazione
12
21 )ln()ln(tt
zzFAk
−−
=
ei kkk ⋅=Compensazione errori
Misure piezometricheProve permeabilità
24
Esecuzione di una prova di permeabilità in foro
Esecuzione delle letture con freatimetro
Misure piezometricheProve permeabilità
25
0,00001
0,0001
0,001
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, t (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eabi
lità,
k (c
m/s
)
PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m
0,1
1
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, 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 permeabilità in foro
FA
thk
∆∆
−=ln
2
5.115.1ln
3
++
π=
DL
DL
LF
L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo
Misure piezometricheProve permeabilità
26
Esecuzione di una prova di permeabilità in pozzetto
Esecuzione delle letture con asta graduata
Misure piezometricheProve permeabilità
27
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto
0,00001
0,0001
0,001
0 60 120 180tempi (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eabi
lità,
k (c
m/s
)
PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm
50
100
150
0 60 120 180tempo, t (min)
alte
zza,
h (c
m)
PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm
Letture livello acqua nel pozzetto (B ≈ 130 cm) per diversi livelli h0 iniziali
1 2
3 1 9
hh Bk
htB
+∆= −
∆ +
zw
H
B > 10-15 dmax
H < zw/7
B
h0
p.l.f.
Misure piezometricheProve permeabilità
28