programmazione delle indagini geotecniche come elemento

Le prove in sito per la determinazione dei parametri geotecnici

Prova Penetrometrica con PiezoconoCPTU, SCPTU

Programmazione delle indagini geotecniche come elemento della progettazione di nuove opere e per il

consolidamento di quelle esistenti

Fiera Milano, Rho, 5 Ottobre 2011

Forum della tecnica delle Costruzioni

Laura TonniDICAM, Università di Bologna

[email protected]

0 4 8 12

orrected Cone Resistance qt (MPa)

0 0.4 0.8 1.2 1.6

Pore water pressure u (MPa)

0.1 0.2 0.3 0.4

Sleeve Friction fs (MPa)

Normally consolidated

1

0.1 1 10

Fr = 100 fs

qt - σv0 (%)

1

10

100

1000

Qt =

q t -

σv0

σ'v0

Increasing OCR, age

Increasing OCR, agecementation

ϕ'

2

3

4

5

7 8

9

Sperimentazione in sito

LAURA TONNIProva Penetrometrica con piezocono(CPTU, SCPTU)



VANTAGGI DELLE PROVE IN SITO

SVANTAGGI DELLE PROVE IN SITOCondizioni al contorno di complessa individuazione;

Condizioni di drenaggio spesso incerte;

Effetti di disturbo indotti sul terreno circostante;

Necessità di ricorrere a correlazioni empiriche.

Rapide ed economiche;Descrizione continua con la profondità;Maggiore volume di terreno investigato;Stato tensionale e permeabilità definite meglio.



Prof. Mayne’s web page.


Finalità delle indagini Mezzi di indagine

Profilo stratigrafico• Sondaggi• Prove penetrometriche• Dilatometro

Deformabilità

• Pressiometro• Prove penetrometriche

statiche e dinamiche• Dilatometro• Prova di carico su piastra• Prove geofisiche

Resistenza al taglio

• Pressiometro• Prove penetrometriche

statiche e dinamiche• Dilatometro• Prova scissometrica• Prova di carico su piastra

Tensione orizzontale a riposo

• Pressiometro• Dilatometro

La prova penetrometrica statica (CPT, CPTU, SCPTU)


Consiste nell’infiggere nel terreno una punta conicaa velocità di avanzamento costante, misurando:

lo sforzo necessario per la penetrazione dellapunta, qc

l’attrito che si sviluppa sul manicotto posto al disopra della punta, fs

Se la punta è munita di settore poroso erelativo trasduttore (piezocono), vienemisurata anche la pressione nei pori u.

fs

qc

u1

u2

La prova penetrometrica statica


L’attrezzatura comprende un sistema di aste per l’infissionedella punta penetrometrica e un dispositivo di spinta, zavorratoe/o ancorato.

Mayne, 2001

La prova penetrometrica statica “meccanica”


La misura della spinta viene fatta insuperficie, misurando la pressione esercitatasulle aste di manovra

Il penetrometro a punta meccanica utilizzauna batteria di aste interne per infiggerela punta indipendentemente dalle aste dispinta

Bassi costi e semplicità operativa.

Prova affidabile in terreni omogenei diconsistenza medio-elevata.


Cella di carico per la misura dell’attrito laterale

Cella di carico per la misura della resi-stenza alla punta

Le punte elettriche contengono le celle dicarico che misurano separatamente laresistenza alla punta e l’attrito lateralelocale

La punta elettrica produce dei segnalicontinui, che si prestano ad essereelaborati e visualizzati in diversi modi

La prova penetrometrica statica “elettrica”

Principali Vantaggi:Precisione dei risultati;Affidabilità anche in terreni teneri;Possibilità di introdurre anche altri sensori.


Angolo del cono: 60°Area di base: 10 cm2

Superficie laterale del manicotto: 150 cm2

Velocità di avanzamento: 20 mm/s

Il penetrometro statico elettrico è stato fatto oggetto distandardizzazione (ASTM, 1979):

La prova penetrometrica statica “elettrica”

Piezocono (CPTU)


Una pietra porosa collegata adun trasduttore permette dimisurare la pressionedell’acqua interstizialedurante l’avanzamento.

L’utilizzo del setto poroso erelativo trasduttore risale aglianni ’70.

Tratto da F. Schnaid, 2009

Piezocono sismico (SCPTU)


L’inserimento di un geofono sulla punta permette di misurare lavelocità (vs) delle onde sismiche.La perturbazione viene generata in superficie, sotto forma dionde di taglio.

Presentazione delle misure


Resistenza alla punta qc

Attrito laterale fsPressioni neutre u (piezocono)

Pressione neutra iniziale u0

Sabbia

Argilla

Argilla



100⋅=c

sf q

fR 100⋅=

c

sf q

fR

RAPPORTO DI FRIZIONE Rf:

Resistenza alla punta corretta qt:

uAAqq

T

Nct ⋅⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −+= 1 uA

AqqT

Nct ⋅⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −+= 1

Interpretazione delle misure


Dalle misure di una prova penetrometrica, è possibile risalire a:Stratigrafia;Parametri di resistenza al taglio;Parametri di compressibilità;Storia tensionale del deposito (da piezocono)Caratteristiche di consolidazione dei materiali coesivi teneri(da piezocono)


Applicabilità delle prove in sito

PiezoconoPiezocono sismico

(Da Lunne, Robertson & Powell, 1997)

Definizione della stratigrafia


0

4

8

12

16

20

24

28

0 20 40 60

qt (MPa)D

epth

(met

ers)

0

4

8

12

16

20

24

28

0 500 1000

fs (kPa) u b (kPa)

0

4

8

12

16

20

24

28

-200 0 200 400 600 800

Soil Profile

Silty Sand

Sandy Silt

Gravelly Sand

Desiccated OC Clay

Clayey Sand

OC Clay

Fill

Gravelly Sand

Colonna stratigrafica

CPTU Profile, Downtown Memphis. Prof. Mayne’s web page.



0

02

vtquu

σ−−

=

Robertson, 1986


-0.4 0 0.4 0.8 1.2

Bq = u2 - u0

qt - σv0

1

10

100

1000

Qt =

q t -

σv0

σ'v0

u2

Increasing sensitivity

Increasing OCR

qtu0

σv0

1

2

3

45

6

7

Normally consolidated

1

0.1 1 10

Fr = 100 fs

qt - σv0 (%)

1

10

100

1000

Qt =

q t -

σv0

σ'v0

Increasing OCR, age

Increasing OCR, agecementation

ϕ'

2

3

4

5

7 8

9


6

Robertson, 1990



1 2 3 4 5 6 7 8

SBT (Fr,% - Qt)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

SBT (Bq - Qt)0 4 8 12

Corrected Cone Resistance qt (MPa)

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0D

epth

[m]

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Pore Water Pressure u (MPa)

0.05 0.1

Sleeve Friction fs (MPa)



Roberston, 2009

Determinazione dei parametri


I metodi di interpretazione fanno riferimento a:Soluzioni teoriche basate su assunzioni fortementesemplificate

- capacità portante;- espansione delle cavità in un mezzo elastoplastico;- approcci numerici

Correlazioni di tipo empirico



L’avanzamento della punta nei terreni a grana fineè generalmente NON DRENATO.

kt

v0tu N

σqc −=Resistenza al taglio

non drenata

( )v0t σqM −⋅= 25.8Modulo di compressibilità

Rapporto di sovraconsolidazione ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛′

−⋅=

0

0

v

vtqkOCRσ

σ

33.1

0195.112 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛′−

+⋅=

v

t uqM

OCRσ

Corrisponde ad un’argilla NC

Kulhawy & Mayne, (1990)

Mayne, 1991



Con il piezocono è possibile effettuare PROVE DI DISSIPAZIONEdella pressione neutra, da cui si possono ottenere informazionisulle caratteristiche di consolidazione del terreno.

1 10 100 1000 10000t (s)

150

200

250

300

350

400

450

500

550

u [kPa]



L’approccio più comunemente usato è quello proposto da Houlsby& Teh (1991), che permette di determinare un coefficiente diconsolidazione orizzontale ch.

50

250

tIrT

c r*

h

⋅⋅=

Ir = G/cu.



L’avanzamento della punta nei terreni a grana grossa ègeneralmente DRENATO.

Impossibilità di ottenere relazioni qc-φ’semplici e generali.

Resistenza al taglio drenata

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⋅+=′

0

0

'log116.17

v

vtqσ

σφKulhawy & Mayne, (1990)

Per sabbie non cementate pulite, prevalentemente

quarzose

Modulo di compressibilità MPa 10per

40

0'

2'

<

⋅= Δ+

c

c

q

qMv

zvσ

σσ

MPa 5010per

)202(0

0'

2'

<<

⋅+= Δ+

c

c

q

qMv

zvσ

σσ

Lunne & Christophersen, 1983

programmazione delle indagini geotecniche come elemento

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