03-La Prova SPT

5/7/2018 03-La Prova SPT - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/03-la-prova-spt 1/22

La prova SPT

Nata negli anni 30 in USA, la prova SPT è la più diffusa nel mondo. Viene eseguita all’interno diun foro di sondaggio. Trova largo impiego nel campo dei terreni granulari quali le sabbie e le ghiaie(terreni non coesivi), non è adatta per i terreni coesivi.

Il risultato che fornisce è un indicatore del grado di addensamento e della compressibilità delterreno.

La prova consiste nell’infiggere a percussione un campionatore cavo all’interno (campionatoreRaymond), di diametro esterno di 50 mm, diametro interno 35 mm e lunghezza 460÷760 mm, a

partire dal fondo del foro di sondaggio (si fa il foro poi arrivati alla profondità di prova siestraggono le aste e si mette il campionatore Raymond).

Il peso del maglio è pari a 63.5 kg ( = 140 lb) e l’altezza di caduta è di 76 cm ( = 2’ 6’’).

L’infissione nel terreno procede per 3 tratte distinte di 15 cm l’una, per un totale di 45 cm. Per ciascuna di esse si misura il numero di colpi necessario per infiggere il campionatore. Si definisce

NSPT il numero di colpi relativo agli ultimi 30 cm (perché nei primi 15 cm il terreno è disturbato e

quindi non sono significativi per la prova).

1



Dato che all’interno il campionatore Raymond è cavo, permette il recupero di un campionedisturbato di sabbia o ghiaia che può essere utilizzato per analisi visive e granulometriche, in questomodo si possono associare direttamente i risultati della prova con il tipo di terreno.

La prova ha inizio dalla quota di fondo foro del sondaggio. Ha termine prima della completa penetrazione (45 cm) se si verifica una delle seguenti condizioni:

2



- NSPT = 50 colpi per un singolo tratto di 15 cm- NSPT = 100 colpi / 30cm- Assenza di penetrazioneIn questi casi si sostituisce il risultato con la parola RIFIUTO.

Si esegue una prova ogni 1,5 m (sottomultipli di 6 m = lunghezza delle aste) di foro di sondaggio,nei terreni omogenei e ad ogni variazione di strato.

In pratica si possono contare nel mondo circa 20 paesi ciascuno con piccole o grandi varianti nellostandard di esecuzione della prova SPT.

Vantaggi

- È una prova semplice e di basso costo, attrezzatura semplice e non richiede personale troppospecializzato

- Viene recuperato un campione di terreno per l’esame visivo

- La prova costituisce spesso l’unica alternativa per indagare terreni grossolani, nei quali altre prove in sito non potrebbero trovare applicazione

Svantaggi

- È una prova molto rozza (non si presta ad interpretazioni teoriche).

- Si perde la variabilità del terreno (intercalazioni), tutto tende ad essere omogeneizzato a causadella rozzezza della prova.

- Nonostante la semplicità è influenzata dalle operazioni, parametri che spesso non conosciamoinfluenzano il risultato della prova.

- Possono avvenire dispersioni di parte dell’energia che dovrebbe arrivare al campionatore se:• il maglio non scorre bene;• maggiore è la profondità di prova maggiore è la dispersione di energia;• aste non perfettamente verticali.

La diversità dei vari standards e le diverse modalità operative influenzano molto i risultati della prova:− Metodo di esecuzione del foro di sondaggio;− Fluidi di perforazione e di sostentamento del foro;− Diametro del foro;− Meccanismo di sgancio del maglio;− Rigidezza delle aste d collegamento;− Geometria dell’utensile Raymond;− Metodo di prova (conteggio dei colpi).

Sono state effettuate prove SPT da 4 diverse imprese sullo stesso terreno, con la stessa attrezzaturae con diverse modalità di esecuzione del foro. Si può notare che i risultati sono molto diversi tra

3



loro. La prova SPT dà un’indicazione dei massima sul grado di addensamento del terreno (se è pocoo molto sciolto).

Occorre tenere presente che:

− L’utensile Raymond è infisso nel terreno per mezzo di impulsi ripetuti, che arrivano alle astedalla sommità (dipendenza dalla profondità);− La resistenza offerta dal terreno è fornita dall’attrito sulle pareti dell’utensile (esterne e interne)

e dalla superficie anulare della punta;− La zona di terreno che influenza maggiormente il risultato della prova è quella in vicinanza

della punta;− Rottura: intermittente – in condizioni non drenate o parzialmente drenate.

Quindi la prova sarà influenzata da:− Attriti del terreno (φ ’) = f (Livello tensionale)− Distribuzione granulometrica− Angolarità delle particelle.

Come si utilizzano i risultati della prova SPT:

1) Passaggi empirici: NSPT DR (%) φ ’ NSPT DR (%) ES (passaggio molto dubbio)Sono passaggi di tipo empirico, ad ogni passaggio aumenta l’incertezza della grandezza che si staricavando.

DR = [(emax – e) / (emax – emin)] ∙ 100 [%] stato di addensamento del materiale

4



2) Utilizzo diretto nella progettazione: NSPT qamm (capacità portante) NSPT S (cedimento)

SPT e la densità relativa

I primi lavori sull’argomento sono quelli di Gibbs & Holtz (1954, del genio militare americano), edi Meyerhof (1957, geotecnico canadese).

In pratica si è riconosciuto che:− NSPT cresce linearmente con la profondità z in quanto cresce con il valore della tensione

verticale efficace (a parità di addensamento del terreno non coesivo);− A tensione efficace costante (= alla stessa profondità), NSPT cresce con i quadrato della DR;− Per una data DR e una data σ v0’, NSPT aumenta al crescere della granulometria.

Gibbs & Holtz (1957)

Fanno delle prove SPT in celle di calibrazione, bidoni riempiti di sabbia con diversi valori di DR noti e stato tensionale noto, e ricavano un grafico che correla DR con N SPT e con σ v0’ DR = f (σ ’v0, NSPT).

es. NSPT = 40colpi/30cmσ ’v0 = z ∙ γ ’terreno = 20 t/m2 ≈ 200 kPaIl punto si situa molto vicino alla curva DR = 80% DR ≈ 80%

Si nota che:− Se ho più valori di NSPT misurati alla stessa profondità in sondaggi divesi, DR varia in un

range (in questo caso tra 70 ± 85%);− Se faccio la prova a diverse profondità , trovo una nuvola d punti.DR è un valore approssimato che varia da un sondaggio all’altro e da una profondità all’altra.

5



con DR espressa in percentuale e la tensione efficace in kPa.

I valori di NSPT impiegati non sono corretti (né energia né per profondità).

Questa relazione è da usarsi per sabbie NC (in sabbie OC si ha una sovrastima di DR).

Bararaa (1967)

Per sabbie OC e rilevati compattati:

6



Correlazione di Skempton

Razionalizzando queste indicazioni di base Skempton, professore della Cambridge University, propone (1976):

N = DR 2 ∙ (a + b ∙ COC ∙ (σ v0’/100))

In cui:

− a,b = fattori che tengono conto del materiale e della sua granulometrica (a = 17 ÷ 46; b = 17 ÷28);

− COC = fattore che tiene conto della sovraconsolidazione del terreno (COC = 1 per OCR = 1), per OCR che cresce da 3 a 10, COC cresce da 1,4 a 2,3 (tuttavia stiamo parlando di terreni nocoesivi, è difficile stabilire se un terreno coesivo è sovraconsolidato, occorre ricorrere ad ungeologo che ci potrà dire se è OC o NC, ma difficilmente ci dirà il valore di OCR);

− σ ’v0 = tensione verticale efficace in [kPa].

Skempton (1986) per sabbie NC

Per una sabbia e ghiaia NC si può normalizzare il valore di NSPT alla pressione di 100 kPa (si tieneconto della profondità) per cui si arriva all’espressione:

N1 = C N ∙ NSPT

C N = fattore di correzione che tiene conte dell’influenza della profondità di prova e quindi dalleσ ’v0, sul valore di NSPT (si ricava dal grafico o dalla tabella). Per valori di σ ’v0 bassi, quindi per

7



profondità piccole, è un fattore amplificativo (C N>1); per valori di σ ’v0 alti, quindi per profonditàelevate, è un fattore riduttivo (C N<1).

Skempton (1986) per sabbie OC

Nelle sabbie sovraconsolidate, sempre secondo Skempton (1986) occorre impiegare il fattorecorrettivo COC.Per un terreno OC la sovracosolidazione si riflette nel valore di k 0 (maggiore è OCR, maggiore èk0):

k 0 = σ ’h0 / σ ’v0

k 0,OC / k 0,NC ≈ OCR

8



All’aumentare di OCR si riduce COC, il valore di NSPT corretto sarà minore di quello per un terreno NC.

Come si è già detto è difficile valutare OCR per terreni non coesivi, quindi si considerano di solito

NC (cautelativo).

Per valori della DR compresi tra il 33 e l’84 % si perviene ad una relazione semplificata:

60)(2

601=

DR

N

dove (N1)60 è NSPT normalizzato a 100kPa e con riferimento ad un rendimento energetico del 60%.

In generale si ha ( Jamiolkowski, 1988):

( )5,0

601

60

N100DR

⋅=

Valida per:− DR ≥ 35 %− Moltiplicare (N1)60 per 0,92 se la sabbia è grossolana;− Moltiplicare (N1)60 per 1,08 se la sabbia è fine.

Classificazione dello stato di addensamento

Possono essere di due tipi:

1) Usando i valori di NSPT senza correzione per tener conto della profondità, e quindi dello statotensionale (Terzaghi & Peck 1976, oppure Clayton 1993):

2) Usando i valori corretti di NSPT per tenere conto del livello dello stato tensionale.

9



Correzione ai valori di NSPT

Il valore di NSPT misurato può essere corretto per tener conto che:

− non tutta l’energia viene trasmessa al campionatore: in genere l’efficienza energetica si aggiraintorno al 60% di quella teorica (almeno per le prove prese a riferimento per elaborare le variecorrelazioni empiriche);

− a parità di stato del terreno non coesivo la resistenza alla penetrazione aumenta con la profondità (cioè con la tensione efficace);

Fattori che influenzano il valore di NSPT:

• Fattori legati alla prova e all’attrezzatura usata CER = Em ∙ CB ∙ CS ∙ CR

− Efficienza del maglio(Em);− Diametro del foro di sondaggio(CB);− Tipo di campionatore (CS);− Lunghezza aste (CR ).

• Profondità alla quale viene eseguita la prova (tensione efficace) C N

(N1)60 = CER ∙ C N ∙ NSPT

Correzione per l’efficienza energetica:

60,0

NC

60,0

NCCCE N SPTER SPTR SBm

60

⋅

=

⋅⋅⋅⋅

=

se è ragionevole ipotizzare che le prove in esame sono state eseguite con un rendimento energeticodel 60%, non si applica alcuna correzione.

Correzione per la profondità:

SPT N

v

SPT1 NC'

kPa100 N N ⋅=

σ

⋅=

(N1)60 = C N ∙ N60

10



cioè si corregge il valore misurato (o quello già corretto N60) in funzione del valore della tensioneverticale efficace misurata in kPa, σ′v.

Per σ′v = 100 kPa C N = 1.

Stima dell’angolo di resistenza al taglio φ ’ da DR

Correlazione di Schmertmann (1978, Università del Texas)

− Tiene conto anche della granulometria e dell’assortimento granulometrico;− Ogni retta è rappresentabile con una semplice equazione

La φ ’ a cui Schmertmann fa riferimento è quella di picco.

φ ’ di picco e φ ’ residuo = si ricava il valore di φ ’ da tre diverse prove triassiali a diversa tensionedi confinamento: trovo la τ max e la τ residua, le metto nel diagramma τ -σ ’ e dall’inviluppo dirottura individuo φ ’ di picco e φ ’ residuo. Per tutti i problemi che comportano grandi

deformazioni prima della rottura occorre considerare φ ’ residua non φ ’ di picco.

11



SPT e granulometria:− A parità di altri fattori, al crescere del D50 (diametro delle particelle in corrispondenza del

passante in peso del 50%) cresce il valore di NSPT;− Questo avviene in particolare se D50 > 0,5 mm;− Vi sono scarse informazioni a riguardo: un tentativo è quello di Skempton (1986) e Tokimatsu

(1983).

Correlazione di De Mello (1971, università del Brasile)

Correlazione tra NSPT non corretto e φ ’.

12



SPT e i terreni coesivi

Nonostante la non applicabilità spesso è difficile rinunciare, nella pratica al desiderio di valutare laresistenza al taglio non drenata CU dai valori di NSPT.

Tuttavia queste correlazioni non sono del tutto affidabili in quanto la SPT non è adatta a questi tipidi terreni. Sono accettabili solo nel caso di argille molto dure e no sature (se l’argilla è satura laresistenza alla penetrazione dipende dalle condizioni di drenaggio).

Una correlazione tra e più affidabili è quella di Stroud (1974), valida per argille non sensitive esovraconsolidate. Il rapporto CU/ NSPT varia con l’indice di plasticità IP.

Un’altra correlazione è quella di Terzaghi & Peck (1948):

13



Per misurare la CU in un provino di argilla abbastanza compatta lo si sottopone ad una prova dicompressione semplice (è una prova in condizioni non drenate, perché la si fa in pochi secondi).

SPT e la compressibilità

Le correlazioni tra NSPT e il modulo di compressibilità dei terreni non coesivi sono particolarmenteinsidiose, perché:

− non si può tener conto della storia dello stato tensionale che ha un’influenza enorme sullacompressibilità dei terreni;

− i fattori che controllano la resistenza alla penetrazione non sempre sono quelli che determinanola compressibilità in terreni non coesivi.

Le correlazioni proposte dai vari autori acquistano una certa affidabilità solo se il loro campo diimpiego è limitato al tipo di terreno da cui sono state tratte.

14



Correlazione tra modulo di compressibilità M e i valori di N SPT , D’Appolonia e al. (1970)

Come è stata ricavato il grafico:− bisognava realizzare grandi capannoni industriali su depositi di sabbia nei pressi del lago

Michigan;− sul terreno vengono realizzati i plinti, quelli più pesanti vengono appoggiati sul terreno dopo

averlo compattato per strati, gli altri sul terreno normale;− vengono effettuate diverse prove SPT a diverse profondità in corrispondenza dei plinti− per ogni plinto si misura il cedimento.

Dalla teoria dell’elasticità:

15



S = ((q ∙ B) / E) ∙ (1- ν 2) ∙ Iw

M = E / (1- ν 2)

S è stato misurato per ogni plinto

q, B noti

Applicazione diretta di NSPT

Tenendo presente le limitazioni intrinseche della prova è stato naturale cercare di correlare leresistenza NSPT all’aspetto progettuale di interesse senza intermediazioni di sorta.

Ad esempio nel caso di fondazioni superficiali:

− se NSPT alto (30÷50 colpi/30cm) in genere non si ha necessità di indagini geotecniche piùapprofondite (terreno buono, poco cedevole);− se NSPT è molto basso (1÷5 colpi/30cm) in genere occorre passare alle fondazioni profonde o al

miglioramento del terreno (terreno molto cedevole);− nelle condizioni intermedie le correlazioni empiriche sono meno incerte se di diretta

applicazione al problema in esame.

La SPT può quindi essere usata per;

− stima del cedimento delle fondazioni superficiali;− calcolo della capacità portante delle fondazioni superficiali;− valutazione del potenziale di liquefazione delle sabbie;− calcolo della portata laterale e alla punta dei pali;− previsione sulla possibilità di infissione di pali e palancole.

Stima del cedimento delle fondazioni superficiali

Storicamente Terzaghi & Peck (1948) hanno fornito per primi un criterio cautelativo per lavalutazione della portata ammissibile (qa) e del cedimento (S) per fondazioni superficiali:

qa = 10 ∙ NSPT

S = 2 ∙ (qa / NSPT)

Dove:− qa e q sono misurati in kPa;− S è espresso in mm.

In queste formule non sono presenti le dimensioni del plinto che influenzano l’entità del cedimento.

16



Per dare validità alle due formule ci si riferisce ad un grafico di questo tipo:

S0 = 2,6 ∙ ((3 ∙ q)/NAV)S = S0 ∙ ((2 ∙ B)/(B + B0))2 ∙ CW ∙ CD

NSPT (corretto) = 15 + 0,5 ∙ (NSPT – 15) solo per SABBIE LIMOSE

In cui:− S0 è il cedimento misurato con una prova di carico su piastra;− B0 è il diametro della piastra (30 cm);− q è la pressione applicata al terreno

− NAV è il valore di NSPT nell’ambito di una profondità pari a 2 volte la larghezza dell’improntadi carico B;− B è la larghezza del plinto;− CW e CD sono due fattori che tengono conto della falda e dell’approfondimento del piano

campagna.

17



Terzaghi & Peck (1967)

Valutazione della qamm l’uso di questo grafico limita il cedimento massimo e i cedimentidifferenziali:

Smax = 25mm∆ S = 20 mm

18



In presenza di falda:

q’amm = qamm ∙ CW

CW = 0,5 + 0,5 ∙ [DW / (D + B)]

Burland (1977)

È una delle correlazioni più valide (basata sull’osservazione dei cedimenti reali). Ogni punto delgrafico rappresenta una fondazione reale di cui sono noti B, q, e S. Per ogni tipo di terreno sono

stati misurati NSPT e DR. La relazione tra dimensioni della fondazione e cedimento atteso è basatasul grado di addensamento della sabbia (sciolta, mediamente addensata, addensata).

19



In ascissa è riportata la dimensione minore della fondazione, in ordinata il rapporto S/q (cedimentonormalizzato alla pressione).

Sabbie sciolta (NSPT < 10) Smax = q ∙ (0,32 ∙ B0,3)Sabbie medie (10 < NSPT < 30) Smax = q ∙ (0,07 ∙ B0,3)Sabbie dense (NSPT > 30) Smax = q ∙ (0,035 ∙ B0,3)

Burland e Burbidge (1982)

Relazione ricavata sulla base della misura del cedimento reale di fondazioni superficiali. In questocaso viene fatta una distinzione tra sabbie NC e OC.(N = valore medio di NSPT)

− Sabbie NC:

S = q ∙ B0,7 ∙ IC

IC = 1,71 / N1,4 (è un indice di compressibilità)

− Sabbie OC:

SOC ≈ 1/3 S NC

Il valore di N deve essere corretto sia nel caso di sabbie limose sotto falda:

NSPT corretto = 15 + 0,5 ∙ (NSPT – 15)

sia nel caso di sabbie ghiaiose e ghiaie (gli elementi grossolani ostacolano l’avanzata delcampionatore Raymond, si trova una maggiore resistenza che non va interpretata come un maggioreaddensameto):

N = 1,25 ∙ NSPT

20



SPT e i progetto dei pali - Portata laterale

Poiché la resistenza laterale dei pali dipende oltre che dalle condizioni del terreno anche dal metododi istallazione, Poulos (1989, Australia) propone:

f S = α + β ∙ NSPT

Dove:− f S = resistenza laterale ultima del palo in kPa;− a e b = coefficienti che dipendono dalle caratteristiche del terreno e dal tipo di palo.− NSPT è quello relativo al tratto di palo considerato (solo negli strati di terreno non coesivi).

Reese & Wright (1987) – pali trivellati

fs = 2,6 ∙ NSPT [kPa]

Nota: notare la contraddizione tra il valore di b in tabella per i pali infissi (Mayerof, 1956) e ilvalore sopra richiamato per i pali trivellati.

SPT e i progetto dei pali - Portata alla base

Poulus (1989)

qB = K ∙ NSPT [kPa]

K = 250 ÷ 450 (in funzione del contenuto di limo e del tipo di sabbia) pali trivellatiK = 150 pali infissi gettati in operaK = 100 pali trivellati

Meyerhof (1976, Canada) – Pali infissi

qB = 400 ∙ NSPT [kPa] terreni sabbiosi

qB = 300 ∙ NSPT [kPa] limi non plastici (IP < 2 ÷ 4)

Reese (1977, Texas) – Pali trivellati

21



Relazione ricavata da prove di carico su pali in vera grandezza dalle quali sono stati ricavati grafici pressione-cedimento.

qCR = 67 ∙ NSPT < 4000 kPa

qCR = pressione critica alla base, cioè la pressione che provoca un cedimento del palo pari a l 5% deldiametro della punta. Si considera questo valore e non quello di rottura perché quest’ultimonon è facilmente ricavabile dai grafici pressione-cedimento ottenuti dalle prove di carico.

Battitura delle palancole nei terreni non coesivi

La possibilità di infiggere le palandole metalliche nei terreni granulari si presta ad essere valutatadirettamente sulla base di NSPT.

Il problema da affrontare, al di là della stabilità in sé dell’opera di sostegno è quello di scegliere il

tipo di palandola adatto alla resistenza offerta dal terreno nel corso della battitura.

22

03-La Prova SPT

Documents

Transcript of 03-La Prova SPT