A.A. 2013/2014 dott. ing. Stefania Lirer - Dipartimento di ... · 6.2.1 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE...

A.A. 2013/2014dott. ing. Stefania Lirer

Il quadro normativo

INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO

IL QUADRO NORMATIVO – NTC 2008

Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) – cap. 6PROGETTAZIONE GEOTECNICA

6.1OGGETTO DELLE NORMEIl presente capitolo riguarda il progetto e la realizzazione:

- delle opere di fondazione;- delle opere di sostegno;- delle opere in sotterraneo;- delle opere e manufatti di materiali sciolti naturali;- dei fronti di scavo;- del miglioramento e rinforzo dei terreni e degli ammassi rocciosi;- del consolidamento dei terreni interessanti opere esistenti, nonché la valutazione dellasicurezza dei pendii e la fattibilità di opere che hanno riflessi su grandi aree.

6.2 ARTICOLAZIONE DEL PROGETTOIl progetto delle opere e dei sistemi geotecnici deve articolarsi nelle seguenti fasi:

1 caratterizzazione e modellazione geologica del sito;2 scelta del tipo di opera o d’intervento e programmazione delle indagini geotecniche;3 caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce e definizione dei modelligeotecnici di sottosuolo;4 descrizione delle fasi e delle modalità costruttive;5 verifiche della sicurezza e delle prestazioni;6 piani di controllo e monitoraggio.


6.2.1 CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOLOGICA DEL SITO

• La caratterizzazione e la modellazione geologica del sito consiste nella ricostruzione dei caratteri litologici, stratigrafici, strutturali, idrogeologici,geomorfologici e, più in generale, di pericolosità geologica del territorio.

• In funzione del tipo di opera o di intervento e della complessità del contesto geologico, specifiche indagini saranno finalizzate alla documentata ricostruzione del modello geologico.

• Esso deve essere sviluppato in modo da costituire utile elemento di riferimento per il progettista per inquadrare i problemi geotecnici e per definire il programma delle indagini geotecniche.

6.2.1 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA

• Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione.• Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo.

• I valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio su campioni indisturbati di terreno e attraverso l’interpretazione dei risultati di prove e misure in sito.

• Per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro nello stato limite considerato.


VOLUME SIGNIFICATIVO

Per volume significativo si intende quel volume di terreno nel quale si risente in maniera significativa degli effetti (variazione di tensioni, deformazioni, pressioni neutre, portate filtranti, ecc.) indotti da una variazione di condizioni al contorno (azioni).

Nel caso di fondazioni,

generalmente le indagini si

estendono fino alla profondità in cui: ’z>0.15’z0


La Norma evidenzia la necessità di procedere alla predisposizione di un modello geologico del sito e di un modello geotecnico, separati tra loro (anche se necessariamente congruenti) e aventi diversi finalità, facenti parte di una unica attività conoscitiva.

Il gradi di approfondimento delle indagini nel volume significativo dipende dalla categoria dell’opera da realizzare, dalla fase di progettazione, dalla complessitàdelle condizioni stratigrafiche e geotecniche.

- Indagini in fase di studio di fattibilità (caratterizzazione di larga massima)

- Indagini in fase di progetto (completa e dettagliata)

- Indagini in corso d’opera (non sempre necessarie)

- Indagini per monitoraggio (non sempre necessarie)

• Indagini in fase di studio di fattibilità: essenziale nei casi in cui i fattori geotecnici possono influenzare l’ubicazione dell’opera (dighe, gallerie);

evitabile per opere di minore importanza;

estensione maggiore in quanto, non essendo definita l’opera, non è ancora stimabile il volume interessato

FASI DI PROGETTAZIONE

• Indagini in fase di progetto: devono fornire al progettista le conoscenze stratigrafiche e fisico-meccanica dei terreni presenti (modello geotecnico del sottosuolo);

estensione più limitata (volume interessato definito) ma maggiore densitàperché la conoscenza del sottosuolo deve essere più dettagliata

possono essere previste prove specifiche per testare particolariprocedimenti esecutivi (es. prove di carico, campi sperimentali, etc.)

• Indagini in corso d’opera: permettono di verificare le ipotesi di progetto man mano che vengono messi a giorno i terreni interessati dall’opera che in precedenza non è stato possibile indagare con sufficiente approssimazione (es. gallerie);

permettono di precisare alcuni aspetti che possono venire alla luce durante i lavori;

sono possibili indagini con finalità di collaudo, come ad esempio le prove di carico su pali.

• Monitoraggioconsiste nel controllo della variazione nel tempo di alcune grandezze (pressioni neutre, spostamenti, forze) su opere in fase di realizzazione o ultimate;

nel primo caso i risultati possono essere utilizzati come dati di progetto;

nel secondo caso verifica che l’opera abbia il comportamento previsto in progetto e ne controlla la funzionalità;

FASI DI PROGETTAZIONE

APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI

CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA

La caratterizzazione geotecnica di un terreno comprende:

- la definizione della stratigrafia di dettaglio;

- la determinazione delle condizioni di falda;

- la determinazione delle caratteristiche di permeabilità;

- l’individuazione della storia e dello stato tensionale attuale;

- la determinazione delle proprietà meccaniche.

L’insieme di queste informazioni consente di individuare i criteri di progetto ed i relativi parametri.

Per ottenere queste informazioni ci si avvale di :

PROVE DI LABORATORIO INDAGINI IN SITO

(su campioni indisturbati) (si misurano grandezze correlate alle proprietà del terreno)

La tipologia di indagine viene scelta in funzione e delle grandezze significative che si intende porre sotto controllo.

FINALITA’ E MEZZI DI INDAGINI

ALCUNI PROBLEMI TIPICI

Opere di fondazioni superficiali e profonde

Alcuni problemi da considerare:

-Scelta del tipo di fondazione e della tecnologia esecutiva;

-Abbassamento della falda a causa del pompaggio (nel caso siamo sotto falda)

-Carico limite;

-Cedimenti differenziali;

-Cedimenti a manufatti adiacenti.

Principali obiettivi delle indagini:

-Stratigrafia di dettaglio;

-Presenza di un substrato roccioso;

-Parametri di resistenza dei terreni;

-Parametri di rigidezza;

-Monitoraggio degli spostamenti nel tempo sia dell’opera sia degli edifici adiacenti.

ALCUNI PROBLEMI TIPICI

Alcuni problemi da considerare:

- Abbassamento del livello di falda durante il pompaggio (con conseguente aumento delle tensioni efficaci);

- Rigonfiamento e sifonamento del fondo dello scavo;

- Subsidenza del piano campagna per l’esecuzione di gallerie superficiali.

Principali obiettivi delle indagini:

-Stratigrafia di dettaglio dei terreni attorno allo scavo;

-Caratteristiche di permeabilità;

-Per le gallerie, controllo in corso d’opera delle deformazioni della sezione trasversale.

Scavi

INDAGINI IN SITO

I principali vantaggi delle indagini in sito:

- sono più rapide ed economiche;

- permettono di ottenere un andamento continuo (o più continuo) delle proprietà geotecniche con la profondità;

- permettono di investigare un volume maggiore di terreno;

- forniscono risultati più attendibili su deformabilità, permeabilità e stato tensionale iniziale.

- PER I TERRENI A GRANA GROSSA RAPPRESENTANO L’UNICO MEZZO PER OTTENERE INFORMAZIONI SULLE PROPRIETA’ DI STATO DEI TERRENI.

SONDAGGI E CAMPIONAMENTO


La caratterizzazione geotecnica di un terreno comprende:

- la definizione della stratigrafia di dettaglio;

- la determinazione delle condizioni di falda;

- l’individuazione della storia e dello stato tensionale attuale;

- la determinazione delle caratteristiche di permeabilità;

- la determinazione delle proprietà meccaniche.

INDAGINI PER IL RICONOSCIMENTO DEI TERRENI

Procedimenti per accertamenti stratigrafici:

Metodi diretti: perforazioni di sondaggio con estrazione continua di carote o di campioni rimaneggiati o indisturbati

scavi ispezionabili (Trincee, gallerie o pozzi - consentono un rilievo diretto del terreno)

Metodi indiretti: procedure (geofisiche, penetrometriche, dilatometriche…) che misurano la variazione di determinate caratteristiche e permettono di risalire alla definizione del profilo stratigrafico.

RICONOSCIMENTO DEI TERRENI – Scavi ispezionabili

Gli scavi accessibili consentono l’osservazione diretta del sottosuolo (natura, giacitura, successione e spessore) ed il prelievo diretto di campioni.

Sono fortemente limitati nella profondità raggiungibile.

La loro esecuzione non deve alterare il flusso idrico e la stabilità del versante.

RICONOSCIMENTO DEI TERRENI – Scavi ispezionabili

Gli scavi accessibili consentono l’osservazione diretta del sottosuolo (natura, giacitura, successione e spessore) ed il prelievo diretto di campioni.

Le perforazioni di sondaggio permettono di raggiungere notevoli profondità e di attraversare anche terreni sotto falda. I fori di sondaggio, oltre a consentire la determinazione della stratigrafia ed il prelievo di campioni, possono essere utilizzati per l’esecuzione di altre tipologie di indagini.

RICONOSCIMENTO DEI TERRENI – Perforazioni di sondaggio

Perforazioni a rotazione (D=75-150mm): l’avanzamento dell’utensile è realizzato applicando, alla batteria di aste a cui ècollegato, una spinta ed una rotazione (è indispensabile la circolazione di un fluido di raffreddamento).

Perforazioni a percussione (D=100-600 mm): fanno ricorso ad utensili robusti (valvola o scalpello) fatti avanzare nel terreno per battitura con maglio o per caduta. Possono attraversare quasiasitipo di terreno fino a grandi profondità. Impossibilità di prelevare campioni indisturbati e di ricostruire dettagliatamente la stratigrafia.

Perforazioni con elica (D=75-300 mm): utilizzano una elica che viene alternativamente spinta ed estratta dal terreno. Non idonee per terreni a grana grossa.

Perforazione a carotaggio

continuo

Perforazione a distruzione

PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A ROTAZIONELa quasi totalità dei sondaggi viene oggi eseguita a rotazione.

L’utensile di perforazione è costituito da un tubo carotiere con una corona dentata all’estremità.

Una manovra consiste nel procedere con la perforazione fino a riempire di terreno il carotiere e riportarlo quindi in superficie

CAMPIONI DISTURBATI O RIMANEGGIATI

CAROTIERE SEMPLICEE' il classico carotiere con tubo in acciaio, provvisto di un portaestrattore di forma conica per garantire il recupero della carota, il cui uso è raccomandato per perforazioni in terreni omogenei non troppo consistenti. Il diametro varia da 66 mm a 146 mm.

CAROTIERE DOPPIO (T2 E T6)Il carotiere doppio T2 è raccomandato in formazioni omogenee; è dotato di un tubo interno non rotante al fine di preservare il campione carotato e le sue misure vanno fino al diametro 101 mm. Il carotiere T6 è idoneo a campionare un più ampio raggio di rocce in tutte le formazioni anche se fratturate; i diametri vanno da 101 mm a 146 mm. In formazioni rocciose dure, questi carotieri vengono usati con corone diamantate.

Doppio semplice

PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A ROTAZIONEStabilizzazione del foro

PERFORAZIONI A ROTAZIONE

Il materiale estratto nel corso del sondaggio viene posto in apposite

cassette catalogatrici per facilitare la descrizione stratigrafica

PERFORAZIONI A ROTAZIONE

APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI

PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A PERCUSSIONE

Attrezzatura per sondaggi a percussione

Sonde

Scalpello

RICONOSCIMENTO DEI TERRENI – Perforazioni di sondaggio

CLASSI DI QUALITA’ DEI CAMPIONI

I campioni di terreno, che si prelevano per fini geotecnici, possono essere classificati in base al grado di disturbo, ovvero in base al tipo di informazioni che da essi si possono ricavare.

PRELIEVO DI CAMPIONI

PRELIEVO DI CAMPIONI

Il campionamento provoca un annullamento delle tensioni totali in condizioni non drenate

Il prelievo di campioni indisturbati èpossibile solo nei terreni a grana fine.

Nei terreni a grana grossa, la dimensione dei pori impedisce il permanere di pressioni interstiziali negative nel campione.

I terreni a grana grossa sono campionabili in modo indisturbato solo con tecniche speciali. 00

' 1 kkAzur

Fasi operative con campionatore a pistone stazionario.

PERFORAZIONI A ROTAZIONE – Prelievo di campioni Q4, Q5

D=80-100 mm

L=600-1000 mm

Qualità di campionamento

PERFORAZIONI A ROTAZIONE – Prelievo di campioni Q4, Q5

CLASSI DI QUALITA’ DEI CAMPIONI

PERFORAZIONI A ROTAZIONE – Prelievo di campioni

Dest=cost.; Dest maggiore vicino alla scarpa; Tubo con anello allargatore

MISURE IN SITO

La caratterizzazione geotecnica di un deposito comprende:

- la definizione della stratigrafia di dettaglio (metodi diretti ed indiretti);- la determinazione delle condizioni di falda;- la determinazione delle caratteristiche di permeabilità; - la determinazione delle proprietà meccaniche;- l’individuazione della storia e dello stato tensionale attuale (k0).

Le prove penetrometriche consentono di ottenere in maniera spedita e dettagliata informazioni riguardanti il profilo stratigrafico, nonchè degli indici di resistenza che vengono correlati alle caratteristiche meccaniche dei terreni.

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT)


La prova penetrometrica statica (o CPT) consiste nella misura della resistenza alla penetrazione nel terreno di una punta conica standardizzata (di apertura 60°, Ap=10cm2) che viene infissa nel terreno (con un martinetto meccanico o idraulico) a una velocitàcostante di 20 mm/s.

E’ UNA PROVA CONTINUA


Le prove penetrometriche statiche (CPT) possono essere effettuate in tutti i terreni con l’eccezione dei depositi ghiaiosi o in terreno sabbiosi molto addensati.

- Penetrometro meccanico con manicotto d’attrito (punta è collegata ad un sistema di aste coassiali ad una tubazione di rivestimento)-Penetrometro elettrico (la punta è solidale a una tubazione priva di rivestimento)

La prova penetrometrica statica (o CPT) consiste nella misura della resistenza alla penetrazione nel terreno di una punta conica standardizzata (di apertura 60°, Ap=10cm2) che viene infissa nel terreno (con un martinetto meccanico o idraulico) a una velocità costante di 20 mm/s.E’ UNA PROVA CONTINUALA PROVA E’ AUTOPERFORANTE, NON RICHIEDE UN PREFORO


Si fa penetrare prima la punta (Rp), poi il manicotto (RLL) e poi entrambi (RT), e si misurano la forza necessaria per l’avanzamento.

I- Posizione iniziale

II – Avanzamento punta

III – Avanzamento manicotto (punta ferma)

IV – Avanzamento tutto


PROFILI con la profondità di: qc, fs

Si definisce FRICTION RATIO FR=qc/fs

FR <15 terreni molto compressibiliFR >60 terreni granulari

1. Si esercita una forza F1 sulle aste collegate alla punta (area Ap) e si fa avanzare la sola punta a velocità costante per 40 mm: qc= F1/Ap

2. Si aggancia il manicotto (sup. laterale As) e si esercita una forza F2 per fare avanzare punta e manicotto per 40 mm, si calcola la tensione tangenziale media lungo il manicotto (resistenza laterale locale):

fs=(F2-F1)/As

3. La spinta viene applicata alle aste esterne che, a punta ferma, raggiungono prima il manicotto e poi la punta. Infine si fa avanzare l’intero sistema.

Tutte le operazioni sono ripetute ogni 20 cm

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE -Onshore e offshore

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE – penetrometro elettrico

Penetrometro elettricoVi è una unica batteria di aste, in cui la resistenza alla punta e quella laterale vengono misurate direttamente sull’attrezzo mediante trasduttori elettrici collegati ad una centralina di superficie.

- Le misure sono continue e contemporanee.

- Possono essere acquisite su un supporto informatico.

Piezocono (CPTU)Alla normale punta penetrometrica elettrica vengono aggiunte una o piùpiastre porose collegate a trasduttori per la misura delle pressioni neutre alla punta (importante la saturazione del filtro!!!).

-Si ottiene il diagramma delle sovrappressioni (u2) registrate durante l’infissione.u2=u0 (drenate)u2= u0+u (non drenate)

-Si possono effettuare anche prove di dissipazione (stima della permeabilità e di coeff. consolidazione cv)


qc = resistenza alla punta misurataa = rapporto tra l’area delle aste interne e della punta (=AN/AT),

Resistenza alla punta corretta qt

2ct ua1qq

Pressione neutrau1 – misura alla punta; u2 – misura alla base del manicotto;u3 – misura lungo il tubo esterno;

At

u1


)()( 2

vot

oq q

uuB

c

sf q

fR

Resistenza laterale locale (shaft resistance)

l

st

l

sbst A

AuAAuff 32

ft = resistenza laterale correttafs = resistenza laterale misurataAsb, Ast = areeAl = area del manicotto

Parametro di pressione neutra Friction ratio


Sabbia

Argilla

‘Crosta’ o lente sepolta

Argilla

Profili di resistenza alla punta, laterale e pressione neutraProfili di resistenza alla punta, laterale e pressione neutraPenetrazione a 2 cm/sPenetrazione a 2 cm/s

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPTU)

BR101 – Santa Catarina

TIPICO PROFILO CPTU

Piezocono (CPTU)

Si possono effettuare anche prove di dissipazione (stima della permeabilità ke di coeff. consolidazione cv)


Soluzione teorica basata sulla teoria 1D della cavità espansa (Randolph et al., 1979):

50

250

trTc

qt

u2u1

fs

vs

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE – piezocono sismico

E’ una attrezzatura che consente di eseguire prove CPTU con misura dell’arrivo delle onde sismiche generate in superficie (downhole).

Nel corso di una sosta nella penetrazione, si genera in superficie una onda sismica e si misura il tempo che impiega l’onda a raggiungere un sensore (sismografo) posto nella punta.

Un sistema di acquisizione (oscilloscopio) consente di memorizzare i dati.

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE – piezocono sismico

Una trave in superficie viene colpita per generare onde di compressione P e onde di taglio S. La conoscenza della velocità delle onde di taglio nel terreno (Vs) consente di calcolare il modulo di taglio elastico G0.


In generale:

Argille 0<qc<2 MPa

Sabbie 2<qc<30MPa

In Sabbie NC i valori qc aumentano con la profondità.

In Sabbie OC è possibile avere un andamento quasi costante.

1

10

100

1000

0,1 1 10

Rf = fs/(qc-v0) %

QT =

(qc-

v0)/

' v0 6

5

1

7

2

3

3

8

96

5

4

4OCR=1N.C.

OCR >>>

SENS >>

1. argilla sensitiva2. torba e terreno organico3. argilla - argilla limosa4. argilla limosa - limo argilloso5. limo sabbioso - sabbia limosa6. sabbia limosa - sabbia7. sabbia - sabbia ghiaiosa8. sabbia argillosa* - sabbia densa9. terreno fine molto consistente*

(* molto sovraconsolidato e/o cementato)

Diagramma di Robertson (1990)Diagramma di Robertson (1990)

CLASSIFICAZIONE DEI TERRENI DA CPT

Nei terreni coesivi dalla resistenza penetrometrica qc si può ricavare: -la coesione non drenata (cu); -la tensione di consolidazione (Mayne e Kemper, 1988);-il grado di sovraconsolidazione (Mayne e Kemper, 1988);- il coefficiente di spinta a riposo k0

coefficiente empirico

15<Nc<25

INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche

c

0vcuuc0vc N

qccNq

Resistenza non drenata

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE – resistenza al taglio

Schnaid (2009) suggerisce valori compresi nell’intervallo 12<N<15

Viggiani (2001) suggerisce valori compresi nell’intervallo 15<N<25 (cautelativo)

c

vcu N

qc

Ir=G/cu

Nc

Ir = indice di rigidezza = G/cu

Schnaid (2009)

Confronto tra risultati numerici e indicazioni empiriche


Per i terreni a grana fine, in cui l’infissione della punta conica determina un meccanismo di rottura non drenato, non è possibile ricavare direttamente il modulo di rigidezza “drenato” (cioè da utilizzarsi in un’analisi in termini di tensioni efficaci e quindi realmente rappresentativo del comportamento dello scheletro solido del terreno).

Conviene allora interpretare la prova CPT in termini di tensioni totali per determinare la resistenza non drenata cu, ed ottenere poi il valore del modulo di rigidezza non drenato Eu sulla base delle correlazioni empiriche esistenti tra Eu, cu, Ip ed OCR (vedi tabella)

Da Viggiani (2001)

96.0' 243.0 cc q

Nei terreni coesivi dalla resistenza penetrometrica qc si può ricavare: -la coesione non drenata (cu); -la tensione di consolidazione (Mayne e Kemper, 1988);-il grado di sovraconsolidazione (Mayne e Kemper, 1988);- il coefficiente di spinta a riposo k0.


01.1

0'

'037.0

v

vcqOCR

(qc e in MPa)

Nei terreni incoerenti la resistenza alla punta è funzione della pressione effettiva

in sito ’v e del grado di addensamento, ovvero dell’angolo di attrito.Esistono numerose correlazioni ottenute sperimentalmente.

Dato che la relazione tra qc e ’ è influenzata da numerosi fattori (non linearitàdell’ inviluppo di rottura, la deformabilità del terreno, a rottura dei grani..), si

preferisce correlate qc alla densità relativa (Dr) e poi risalire all’angolo di attrito.


1

2

3

4

Terreni incoerenti (correlazione di Schmertmann, 1976)


Correlazione diretta fra qc, ’v e ’.


Durgunoglu & Mitchell (1975)Durgunoglu & Mitchell (1975)

qNlog38.0tan

Robertson & Campanella (1983)Robertson & Campanella (1983)

qNlog38.01.0tan


'v

qcNq

Terreni incoerenti: relazioni analitiche

5,0

1 '

v

aCC

pqq

5,01

305

a

C

rpq

D

4,2817,016 21 rr DD

rD 14,0282

Resistenza alla punta normalizzata:(Pa=pressione atmosferica = 100 kPa)

Angolo d’attrito (API, 1987):

Angolo d’attrito (Schmertmann, 1977; sabbie limose)

Densità relativa ( Kulhawy e Maine, 1990):



Per quanto riguarda la determinazione dei moduli di rigidezza E è necessario ricorrere a correlazioni di natura empirica.

Jamiolkowski et al. (1988) indicano k ≥ 5, con valori fino a 19 anche in funzione dell’OCR del terreno

cqkE

Meyerhof e Fellenius (1985) suggeriscono:

• k = 1.5 per sabbia limosa• k = 2 per sabbia mediamente addensata• k = 3 per sabbia densa• k = 5 per sabbia e ghiaia

Per i terreni a grana grossa, il valore del modulo elastico E si può ottenere moltiplicando la resistenza alla punta qc per un opportuno coefficiente k:

v

a

a

cc

ppqq

1

3a

'vco pqG

= nell’intervallo 110 - 280

Schnaid & Yu (2005)


Il Modulo di taglio a piccoli livelli di deformazione (entro la soglia lineare) G0 è stimabile da prove CPT tenendo conto dello stato tensionale in sito attraverso la definizione della resistenza alla punta normalizzata qc1. STIMA MOLTO INCERTA!

sponda A sud

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

qc (kg/cm2)

z (m

)

CPT media

CPT min

riporto

sabbie f ini

argille e torbe

pomici

argille e limi

pomiciargille e limipomici

argille e limi(con intercalazionidi strati grossolani)

sabbie grossolane

argille e torbe(con intercalazioni di strati grossolani)

sponda A nord

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

qc (kg/cm2)

z (m

)

CPT media

CPT min

pomici

torbe

sabbie

argille limose

sabbie grossolane

sabbie e ghiaie

argille e torbe

sabbie grossolane

argille e torbe(con intercalazioni di strati sabbiosi)

terreno vegetale

argille e torbe(con intercalazionidi strati sabbiosi)

argille e torbe(con intercalazionidi strati sabbiosi)



terreno z (m) zG (m) v (kPa) qc (kg/cm2) qc (kPa) cu (kPa)

terreno vegetale 0,0 - 2,3 1,15 16 6,5 650 25,4

argille e torbe 2,3 - 6,2 4,3 60 6,5 650 23,6

argille e torbe 7,7 - 8,4 8,1 119 8 800 27,3

argille e torbe 9,3 - 11,8 10,55 157 9 900 29,7

torbe 13,6 -14,5 14,05 214 9 900 27,5

argille limose 16,8 - 17,5 17,15 266 20 2000 69,4

Ncqc vc

u

Correlazioni per Terreni argillosi:


terreno z (m) zG (m) 'v (kPa) qc (kg/cm2) qc (kPa) qc1 (MPa) Dr 1 (°) 2 (°)

sabbie 6,2 - 7,7 6,95 31 18 1800 3,2 0,33 30,2 32,6

sabbie e ghiaie 8,4 - 9,3 8,85 43 11 1100 1,7 0,23 29,3 31,3

pomici 11,8 - 13,6 12,70 64 48 4800 6,0 0,44 31,6 34,2

sabbie 14,5 - 16,8 15,65 84 49 4900 5,4 0,42 31,3 33,9

sabbie grossolane 17,5 - 20,0 18,75 106 14 1400 1,4 0,21 29,1 31,0

5,0

1 '

v

aCC

pqq

5,01

305

a

C

rpq

D

4,2817,016 21 rr DD

rD 14,0282

Resistenza alla punta normalizzata:(Pa=pressione atmosferica = 100 kPa)

Angolo d’attrito (API, 1987):

Angolo d’attrito (Schmertmann, 1977; sabbie limose)

Densità relativa ( Kulhawy e Maine, 1990):

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT)


PROVA DISCONTINUA

Sonda standardizzata Sonda standardizzata ((““campionatore Raymondcampionatore Raymond”” o punta o punta conica) infissa a percussione conica) infissa a percussione

Energia di impatto standard Energia di impatto standard (massa m = 63.5 kg; altezza caduta h = 76 (massa m = 63.5 kg; altezza caduta h = 76 cm) mediante caduta di cm) mediante caduta di massa battentemassa battentesulla testa delle colonne delle astesulla testa delle colonne delle aste

Altre versioni (diffidare delle imitazioni non standard!):Altre versioni (diffidare delle imitazioni non standard!):

SCPT (SCPT (Standard Cone Penetration TestStandard Cone Penetration Test): punta conica): punta conicaDLPT (DLPT (Dynamic Lightweight Penetration TestDynamic Lightweight Penetration Test): punta conica, energia impatto ): punta conica, energia impatto ≃≃ 1/61/6

STANDARD PENETRATION TEST (SPT)

1. Aggancio e sollevamento del maglio1. Aggancio e sollevamento del maglio

H=76 cmH=76 cm

W=63.5 kgW=63.5 kg

2. Sgancio e caduta del maglio sulla cuffia2. Sgancio e caduta del maglio sulla cuffia

Infissione da fondo foro, con ritmo da 10 a 25 colpi/min


La sonda della prova penetrometrica dinamicaLa sonda della prova penetrometrica dinamicaCampionatore RaymondCampionatore Raymond

Punta conicaPunta conica

(per ghiaie grosse)(per ghiaie grosse)

diametro interno d = 35 mmdiametro interno d = 35 mm

L = 355 mmL = 355 mm

diametro d = 51 mmdiametro d = 51 mm

angolo = 60angolo = 60°°


i+1. penetrazione 15 cm (superamento disturbo fondo foro) → conteggio N1 (inutilizzato)

i+2. penetrazione 15 cm → conteggio N2

i+3. penetrazione 15 cm → conteggio N3

numero di colpi

NSPT = N2 + N3

(< 100, altrimenti “rifiuto”)

Limitazioni esecutive

Poco attendibile per terreni ghiaiosiper interferenze tra campionatore Raymonde particelle grossolane ( uso punta conica)



La prova SPT fornisce misure discontinue. Rispetto alla CPT ha un costo piùelevato perché necessita di una perforazione iniziale. I vantaggi dello SPT sono quello di poter essere eseguito in qualsiasi terreno e di permettere un riconoscimento diretto dei terreni attraversati.

Zona in cui la prova CPT non riesce a penetrare.

• Correzione dell’energia al 60% (rendimento del dispositivo di battitura) per tenere conto delle diverse pratiche nel mondo

• Energia media italiana (SPT): 60%

• Energia media brasiliana: 72%.

60,0applicata energiaN

N SPT60

SPTSPT

60 N2,160,0

72,0NN


SPTSPT

60 N60,0

60,0NN

Per l’Italia

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (LPT)

Pentrometro per ghiaie (ancora poco utilizzato) LPT (Large Penetrating Test)

• Diametro del campionatore molto maggiore

• Energia di battitura molto maggiore

• Aste di trasmissione più rigide

Le prove LPT hanno solitamente un’efficienza energetica superiore a quella dell’SPT, e risultato in termini di numero di colpi paragonabile (NSPT prossimo a NLPT).

Siccome l’efficienza è diversa, questo però vuol dire che NSPT,60NLPT,60.


Le correlazioni tra N, ’v, DR e ’sono analoghe a quelle già riportate per il CPT.


Se la prova viene effettuata in un terreno limo-sabbioso sotto falda è necessario depurare il NSPT degli eventuali effetti di sovrappressioni neutre:N’SPT=15+0.5(NSPT-15)

De Mello (1971)

15N15' 5.0SPT

(Japan Road Association, 1990)

Valida per ’<45° e NSPT>5 ma con il grosso difetto di non tenere conto dello stato tensionale

b600 )N(a)MPa(G

200 3 2600 av pNG

Schnaid (1999) e Schnaid et al (2004)

450 3 2600 av pNG Limite superiore (per sabbie cementate)

Limite inferiore (per sabbie non cementate)


Modulo di taglio Go a piccoli livelli di deformazione

Rigidezza a medi ed elevati livelli di deformazione (valido per terrenigranulari e permeabili!)

)MPa(1NE

60

Stroud (1989):Limite inferiore

E/N60 (MPa) Resistência à penetração N60 média Limite inferior Limite superior

4 1,6 - 2,4 0,4 - 0,6 3,5 - 5,3 10 2,2 - 3,4 0,7 - 1,1 4,6 - 7,0 30 3,7 - 5,6 1,5 - 2,2 6,6 - 10,0 60 4,6 - 7,0 2,3 - 3,5 8,9 - 13,5

Schnaid (2009)



Correlazione fra il numero di colpi N dello SPT e la resistenza alla punta qc del CPT.

PROVE SCISSOMETRICHE

SCISSOMETRO (VANE TEST)

Lo scissometro viene adoperato per la determinazione della coesione non drenata di terreni a grana fine di consistenza ridotta o media.

•La prova consiste nell’infiggere nel terreno al fondo di un foro una paletta (vane) e nel farla ruotare misurando (con un sensore di tipo meccanico o elettrico) il valore massimo della coppia necessaria a portare a rottura il terreno.


-L’apparecchio si utilizza al fondo di un foro di sondaggio oppure con lo scissometro autoperforante .

-Si ritiene che l’infissione (al di sotto del fondo foro) non disturbi significativamente il terreno in quanto la sezione dell’attrezzo è molto piccola.

- Si applica una coppia torcente , applicando alle palette una velocità di rotazione di circa un decimo di grado al secondo.

-Registrando la massima coppia torcente necessario a far ruotare l’attrezzo si risale al valore della coesione non drenata cu massima (nell’ipotesi di terreno isotropo cu,v=cu,h).

- Si passa poi alla determinazione della coesione dopo rimaneggiamento cur (si fa ruotare per 10 giri completi le palette e poi si fa di nuovo la misura).

- Si misura la sensitività St del materiale (indice delle caratteristiche del terreno) pari a cu/cur


KMcu

max

K= costante che dipende dalla geometria della paletta

Si ipotizza cu,v=cu,h

Il valore della coesione non drenata è marcatamente influenzato dal tipo di attrezzo con cui viene determinato e dalla modalità di prova.

Bjerrum (1973) suggerì di moltiplicare i valori dedotti dalla prova scissometrica per un coefficiente empirico .

dipende da Ip e ingloba l’influenza dell’anisotropia iniziale e della velocità di deformazione.


Ip=wL-wP

A.A. 2013/2014 dott. ing. Stefania Lirer - Dipartimento di ... · 6.2.1 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE...

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