Lezione 6GEOTECNICA

Docente: Ing. Giusy Mitaritonnae-mail: g.mitaritonna@poliba.it

- Lezione 6 –

A. Indagine Geotecnica: considerazioni generali

B. Indagini in sito: Perforazioni di sondaggio e prelievo di campioni indisturbati

C. Indagini in sito: Prove Penetrometiche Dinamiche

D. Indagini in sito: Prove Penetrometiche Statiche

E. Indagini in sito: Misura delle pressioni interstiziali

F. Prove di laboratorio

G. Determinazione sperimentale della resistenza a taglio dei terreni

H. La scatola di taglio diretto

I. La cella triassiale

J. La resistenza non drenata delle argille in termini di tensioni totali

K. Cenni sulla resistenza a taglio delle sabbie

6.A

Indagine Geotecnica:

considerazioni generali

GENERALITA’

La necessità di effettuare delle indagini nel sottosuolo deriva dall’evidenza che il comportamento di qualsiasi opera di Ingegneria civile è influenzato dalle caratteristiche dei terreni sottostanti e/o circostanti.La loro finalità è, quindi, quella di rendere possibili, a costi ragionevoli, la realizzazione di tali opere riducendo quanto piùpossibile le incertezze ed i rischi connessi a una limitata conoscenza delle caratteristiche dei terreni.

“… qualsiasi indagine deve essere programmata e realizzata allo scopo di rispondere ad un quesito

tecnico ben preciso: se non ci fosse il quesito, non dovrebbe esserci l’indagine ….”

(Dunnicliff, 1995)

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

D.M. 14-01-2008 : “Nuove norme tecniche per le costruzioni”

Testo normativo che raccoglie in forma unitaria le norme che disciplinano la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle costruzioni al fine di garantire, per stabiliti livelli di sicurezza, la pubblica incolumità

Un complesso di raccomandazioni più specifiche , anche senza alcun carattere di legge, sono le “Raccomandazioni sulla Programmazione ed esecuzione delle indagini Geotecniche”, pubblicate dall’Associazione Italiana di Geotecnica (AGI, 1977).

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.

Metodi e risultati delle indagini devono essere esaurientemente esposti e commentati in una relazione geologica.

6.2.2 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 di cui al § 3.2.2, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione.

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.

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, finalizzato all’analisi quantitativa di uno specifico problema geotecnico.

6.2.2 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA

È responsabilità del progettista la definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica.

Omissis…

Nel caso di costruzioni o di interventi di modesta rilevanza, che ricadano in zone ben conosciute dal punto di vista geotecnico, la progettazione può essere basata sull’esperienza e sulle conoscenze disponibili, ferma restando la piena responsabilità del progettista su ipotesi e scelte progettuali.

PROGRAMMARE UNA CAMPAGNA DI INDAGINI

La programmazione delle indagini di sito e di laboratorio è una operazione delicata e importante che deve essere affidata a “Tecnici Competenti” i quali, prima di tutto, devono acquisire tutte le informazioni generali disponibili sul sito in esame e devono avere ben presente:

• le caratteristiche e i requisiti dell’opera

• i parametri meccanici di interesse

• gli strumenti di indagine da utilizzare

FINALITA’ DI UNA CAMPAGNA DI INDAGINI GEOTECNICHE

1) Natura e successione stratigrafica dei terreni costituenti ilsottosuolo (profilo stratigrafico)

2) Regime delle acque sotterranee (distribuzione pressioni interstiziali)

3) Proprietà dei terreni

3.1) fisiche (composizione granulometrica, parametri di stato, ecc)3.2) meccaniche (compressibilità, resistenza al taglio)3.3) idrauliche (permeabilità)

in modo che queste indagini siano la base per la costruzione di un modello geotecnico del problema da studiare. Modello sul quale poi il

progettista compie le proprie valutazioni e scelte.

VOLUME SIGNIFICATIVO

Volume in cui le variazioni dello stato tensionaleindotte dall’opera producono conseguenze non trascurabili.

L’estensione di tale volume dipende:

• dal tipo e dalle dimensioni dell’opera• dai carichi applicati• dalle caratteritiche dei terreni coinvolti

quindi non è noto a priori!!!!

nella ipotesi di terreno omogeneo

DM. 14.01.08 Per volume significativo di terreno si intende la parte di sottosuolo influenzata, direttamente o indirettamente, dalla costruzione del manufatto e che influenza il manufatto stesso.

DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI

La densità o la frequenza delle indagini dipende:

• dal tipo e dalle dimensioni dell’opera

• dalle caratteritiche dei terreni coinvolti

…consapevoli che il terreno comunque indagato è una percentualeridotta del volume significativo….i valori rappresentativi delleproprietà dei materiali dedotte dalle indagini dovreanno essere ilrisultato di un’attenta considerazione di tutti i fattori in gioco.

DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI

DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI

173.9+

+

214+

135.1+

180

HOSPITAL0 100 m

old Ilca kiln

2007

2008

2003

2006

A

C

Ospedale

ex Fornace ILCA

antico frontedi cava

INDAGINI DI SITO verso PROVE DI LABORATORIO

VANTAGGI DELLE PROVE DI LABORATORIO

• Condizioni di drenaggio e al contorno perfettamente note e controllabili

• Possibilità di applicare qualsiasi stato tensionale corrispondente ai principali problemi al finito

VANTAGGI DELLE INDAGINI DI SITO

• Interessano volumi di terreno maggiori rispetto ai provini• Andamento continuo delle caratteristiche geotecniche con la

profondità• Possibilità di caratterizzare i terreni a grana grossa (spesso non

campionabili)• In generale sono più rapide e meno costose delle prove di

laboratorio

INDAGINI DI SITO verso PROVE DI LABORATORIO

ATTENZIONE………

Le indagini in sito e le prove di laboratorio devono considerarsi come due procedimenti complementari

che se opportunamente utilizzate in parallelo consentono di ridurre le incertezze nella comprensione

del comportamento meccanico del terreno

Le metodologie e le attrezzature delle quali si dispone per le indagini geotecniche sono numerose e varie.

Per il riconoscimento dei terreni e per definire la costituzione del sottosuolo e la natura dei terreni in esso presenti:

• scavi accessibili• perforazioni di sondaggio

GLI STRUMENTI

Per la determinazione delle caratteristiche fisico meccaniche dei terreni:

• prelievo di campioni in sito e sperimentazione di laboratorio• prove in sito (SPT e CPT)

Per la determinazione delle condizioni idrauliche

• installazione di piezometri• prove in sito e di laboratorio per la definizione della permeabilità

GLI STRUMENTI

AGI, 1977

6.B

Indagini in sito:

Perforazioni di sondaggio e prelievo di

campioni indisturbati

PERFORAZIONI DI SONDAGGIO

• Ricostruire il profilo stratigrafico

• Prelevare campioni rappresentativi (disturbati/rimaneggiati) per il riconoscimento di terreni

• Prelevare campioni indisturbati per l’esecuzione di prove di laboratorio

• Installare in profondità strumenti

• Eseguire prove in sito

• Rilievi sulle acque sotterranee

PERFORAZIONI DI SONDAGGIO

Le perforazioni possono essere eseguite a:

• rotazione• percussione• vibrazione• combinazione di più tipi di meccanismi

Le perforazioni a rotazione sono le più comuni.

PERFORAZIONI A PERCUSSIONE

• L’utensile di perforazione è una sonda a valvola o curetta di diametri compresi fra 100 e 600 mm.

• La manovra consiste nel far scendere in caduta libera la curetta, il terreno penetra nella sonda attraverso la valvola a scarpa sul fondo e viene trattenuto dalla stessa valvola durante il sollevamento. Quando la sonda si è riempita essa viene portata in superficie e svuotata.

• La perforazione a percussione è adottata solo nei terreni a grana grossa.

PERFORAZIONI A ROTAZIONE

• L’utensile di perforazione è un tubo di acciaio (carotiere), di diametro fra 75 e 150 mm, con una corona inferiore tagliente.

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

• Il metodo consente il prelievo continuo di “carote”, adattando la tecnica di perforazione alla natura del terreno. È possibile attraversare terreni di qualsiasi tipo fino a notevoli profondità.

CAROTIERE SEMPLICEApplica alla carota un momento torcente per attrito sulla sua superficie interna (rottura per torsione).

Si può usare con successo in terreni coesivi poco consistenti.

CAROTIERE DOPPIO

Il tubo interno è dotato di un tagliente (scarpa) sporgente rispetto alla corona dentata.

Si può usare con successo in terreni consistenti.

Il doppio carotiere è costituito da due tubi concentrici dei quali èmesso in rotazione solo quello esterno.

Ma mano che il carotiere avanza il tubo interno riceve il campione di terreno evitando che esso venga in contatto con la parte ruotante dell’utensile e proteggendolo dall’azione dilavante del fluido.

PRELIEVO DA FORI DI SONDAGGIOLe carote estratte con i normali utensili di perforazione sono rimaneggiati e vengono conservati ordinatamente in cassette catalogatrici.

….

PROFILO STRATIGRAFICODa un analisi visiva del materiale posto nelle cassette catalogatrici si ricostruisce il profilo stratigrafico. La ricostruzione è tipicamente fatta da un Geologo .

PROFILO STRATIGRAFICODa un analisi visiva del materiale posto nelle cassette catalogatrici si ricostruisce il profilo stratigrafico. La ricostruzione è normalmente fatta da un Geologo.

PERFORAZIONI A DISTRUZIONE

• Perforazioni nelle quali non interessa il prelievo di campioni.

• Perforazioni destinate all’installazione di strumenti.

• Gli utensili utilizzati scavano l’intera sezione del foro disgregando il terreno che viene portato in superficie dal fluido di perforazione.

•Con questo tipo di tecnica si possono attraversare terreni di qualsiasi tipo fino a notevoli profondità.

CAMPIONAMENTO

• Campioni indisturbati: campioni di terreno che conservano la struttura, il contenuto d’acqua propri del terreno nella sua sede naturale. Si utilizzano per la determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche. Il loro prelievo richiede utensili particolari (campionatori) di caratteristiche tecniche diverse a seconda della natura del terreno.

• Campioni disturbati o rimaneggiati: campioni che non conservano la struttura e il contenuto d’acqua propri del terreno nella sua sede naturale. Sono utili ai fini della ricostruzione della stratigrafia, della determinazione delle proprietà indice. Possono essere prelevati senza ricorrere a particolari attrezzature.

I campioni di terreno che si prelevano hai fini geotecnici sono classificati in base al grado di disturbo, cioè in base al tipo di informazioni geotecniche che da essi si possono ricavare.

QUALITÀ DEI CAMPIONII campioni di terreno che si prelevano hai fini geotecnici sono classificati in base al grado di disturbo, cioè in base al tipo di informazioni geotecniche che da essi si possono ricavare.

Grado di QualitàCaratteristicheGeotecnichedeterminabili Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

Natura del terreno * * * * *Compisizionegranulometrica

* * * *

Contenuto d’acqua * * *Peso dell’unità di volume * *Caratteristichemeccaniche *

Campioni disturbati o rimaneggiati

Disturbo limitato Indisturbati

AGI, 1977

Prelievo di campioni indisturbati

Campionamento da scavi accessibiliCampionamento con campionatore

~ 50 cm

CAMPIONI INDISTURBATI

Campionatore a parete sottile con valvola a sfera

(tipo Shelby)

Viene infisso a pressione ed èutilizzato in terreni a grana fine da poco a mediamente consistenti.

Campionamento con campionatore (Q4-Q5)

CAMPIONI INDISTURBATI

Campionatore a rotazione a doppia parete (tipo Mazier)

Si impiega in terreni coesivi di elevata consistenza nei quali non è possibile l’infissione di campionatori a pressione.

Campionamento con campionatore (Q4-Q5)

CAMPIONI INDISTURBATI

Campionamento da scavi accessibili (Q4-Q5)

Campionamento a blocchiCampionamento con cilindri

campionatori