Corso di Laurea a ciclo Unico in Ingegneria Edile ‐ Architettura

Geotecnica e Laboratorio

Strumentazione geotecnicaStrumentazione geotecnica

Prof Ing Marco FavarettiProf. Ing. Marco Favarettie‐mail:  marco.favaretti@unipd.it

b i f iwebsite:  www.marcofavaretti.net1

CONTROLLO E MONITORAGGIOCONTROLLO E MONITORAGGIO

Tutti i metodi di analisi della stabilità di un pendio basati sul principioTutti i metodi di analisi della stabilità di un pendio, basati sul principiodell'equilibrio limite, ignorano completamente la variabile tempo. Pertantonon forniscono indicazioni sulla velocità del movimento, sulla variazionenel tempo del fattore di sicurezza e su fenomeni di rottura progressiva. Diqui la necessità di osservare in situ il reale comportamento della massaritenuta instabile al fine di determinare la superficie di scivolamento leritenuta instabile, al fine di determinare la superficie di scivolamento, lediscontinuità dell'ammasso, il regime idraulico in funzione delle condizioniclimatiche.

Il monitoraggio di una zona instabile è condizionato dal fatto che si operiin una fase antecedente al verificarsi della frana o successivamenteall'esecuzione di opere di stabilizzazione.

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CONTROLLO E MONITORAGGIOCONTROLLO E MONITORAGGIO

La strumentazione può essere schematicamente suddivisa in 4 gruppi:La strumentazione può essere schematicamente suddivisa in 4 gruppi:

1. controllo dei movimenti del terreno;

2. misura delle pressioni dell'acqua e delle fluttuazioni del livello difalda;

3. misura delle pressioni del terreno e della roccia; misura del tiro degliancoraggi;

4 t ll d ll ib i i d l t4. controllo delle vibrazioni del terreno.

Nel seguito vengono fornite indicazioni su alcuni apparecchi per lamisura delle pressioni neutrali e degli spostamenti in profondità delmisura delle pressioni neutrali e degli spostamenti in profondità delterreno.

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MISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALEMISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALE

I piezometri sono strumenti capaci di misurare la pressione dei pori neiI piezometri sono strumenti capaci di misurare la pressione dei pori neiterreni in condizioni di completa o parziale saturazione. I principalirequisiti di un buon piezometro sono i seguenti:

deve registrare le pressioni interstiziali dell'acqua nel terreno con unmargine di errore noto e contenuto entro limiti accettabili

l'estremità del piezometro deve causare la minor interferenza possibilenel terreno in cui è infissa

Il piezometro deve rispondere velocemente ai cambiamenti dellecondizioni ambientali

deve poter restare affidabile per un lungo periodo di tempo e le sue partinon devono subire attacchi di sorta

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MISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALEMISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALE

La pressione dell'acqua all'interno dello strumento di misura differisce daLa pressione dell'acqua all'interno dello strumento di misura differisce daquella del propria del terreno circostante; ciò determina un flusso da overso il piezometro al fine di raggiungere l'equilibrio idraulico.

Per conseguire tale equilibrio è necessario un certo intervallo di tempoche è essenzialmente dipendente dalla permeabilità del terreno, dallaforma del piezometro e dal materiale con cui viene costruital'apparecchiatura di misura.

Il tempo di risposta T caratteristico di piezometri di varie forme, installatiin terreni di differente natura e considerati incomprimibili, può esserestimato con un diagramma appositostimato con un diagramma apposito.

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Tempo diTempo di risposta

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Tubo piezometricoTubo piezometrico

Il tubo piezometrico (d = 25-50 mm) è largamenteimpiegato per misurare illivello delle falde acquiferenei terreni caratterizzati danei terreni caratterizzati dapermeabilità molto elevata(k > 10-6 m/s). Per la suasemplicità ed il suo costocontenuto è di gran lunga iltipo più comune ditipo più comune dipiezometro.

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Tubo piezometricoTubo piezometrico

La superficie attraverso laLa superficie attraverso laquale entra l'acqua èampia ed il suo tempo dirisposta è soddisfacentesolo in terreni di elevatapermeabilità; le pressionipermeabilità; le pressionineutrali di picco (+/-)rimangono solitamenteindeterminate, a meno chenon si prevedano frequentiletture manuali ancheletture manuali, anchedurante gli eventi tempora-leschi.

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SVANTAGGI: Tubo piezometricola possibilità che terrenistratificati, caratterizzati dadifferenti pressioni neutralidifferenti pressioni neutrali,vengano messi in mutuocollegamento, con perdita disignificato della registrazione.Il tubo deve essere perforatoper una lunghezza di almenoper una lunghezza di almeno1 m e circondato all'altezzadella finestratura da un filtro dimateriale granulare. Nel casoin cui il terreno presentistratificazioni sopra e sotto lastratificazioni sopra e sotto lafinestratura devono essereprevisti degli strati sigillanti di

9bentonite.

Piezometro CasagrandeElemento poroso (lungo circa300 mm e diametro di circa38 mm), collegato attraverso2 tubicini (andata/ritorno) contub c (a data/ to o) coil piano campagna.

L'elemento poroso vienepposto in opera all'interno diuno strato di sabbia/ghiaia e

fi t ttconfinato sopra e sotto conuno strato bentonitico.

L'aria eventualmente presenL aria eventualmente presen-te viene eliminata immetten-do ripetutamente nel circuitoacqua attraverso il tubicino diandata.

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Piezometro idraulico a circuito chiusoPiezometro idraulico a circuito chiuso

Presenta un elemento poroso collegato ad una stazione di lettura remotaPresenta un elemento poroso collegato ad una stazione di lettura remota,mediante 2 tubi flessibili di diametro circa 3 mm, nei quali viene fattafluire acqua disareata. La pressione u alla punta del piezometro èmisurata con un trasduttore.

VANTAGGI: affidabilità per lunghi periodi di tempo; possibili letture adistanza (1 km); può essere impiegato in terreni parzialmente saturi.

La sua installazione richiede cura; l'elemento poroso è posto in un letto disabbia grossolana e ben pulita e chiuso da un tappo di fango bentonitico.Inoltre la quota più elevata della tubazione di collegamento dicollegamento non deve distare più di 5 m dal livello piezometricocollegamento non deve distare più di 5 m dal livello piezometricomisurato, per evitare problemi di cavitazione. La forma dell'elementoporoso è generalmente cilindrica o piatta (discoforme).

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Celle piezometricheCelle piezometriche

Se la permeabilità del terreno si riduce e si desidera mantenere dei tempiSe la permeabilità del terreno si riduce e si desidera mantenere dei tempidi risposta ragionevoli (nell'ordine delle ore) si deve ricorrere alle cellepiezometriche, che prevedono l'inserimento di trasduttori di pressionedirettamente nel punto di misura.

Questi sistemi di misura delle pressioni neutrali si distinguono in:

pneumatici,

a corda vibrantea corda vibrante

con estensimetri.

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Piezometro pneumaticoPresenta al proprio internoun diaframma che vieneun diaframma che vienesollecitato e deformatodalla pressione esternadell'acqua del terreno; talepressione può esseredeterminata applicandodeterminata applicandosulla faccia opposta deldiaframma una pressioneuguale e contraria tramiteun gas. Quando l'equilibriotra le due pressioni vienetra le due pressioni vieneconseguito, si verifical'apertura della valvola chepermette al gas di defluireattraverso un condotto diritorno fino alla unità di

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ritorno fino alla unità dimisura e registrazione.

Piezometro pneumaticoPiezometro pneumatico

VANTAGGI: semplicità d'uso precisione e tempo di risposta rapidoVANTAGGI: semplicità d'uso, precisione e tempo di risposta rapido.

Il suo impiego non è consigliabile nel caso di lunghi periodi diosservazione di pressioni negative in terreni parzialmente saturi; laosservazione di pressioni negative in terreni parzialmente saturi; lalettura può essere fatta anche a 500 m dalla punta del piezometro e lasua precisione è di circa 0.2 m dell'altezza piezometrica. L'installazionesegue le stesse procedure descritte per il piezometro idraulico.

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Piezometro a corda vibrantePiezometro a corda vibrante

Prevede al proprio interno un diaframma metallico che viene deformatoPrevede al proprio interno un diaframma metallico, che viene deformatodall'azione della pressione neutrale esterna. La misura di questainflessione viene condotta con un estensimetro a corda vibrante etrasmessa ad un indicatore di frequenza, posto in superficie, tramite uncavo elettrico.

Il sensore a filo vibrante ha un eccellente primato di durata e presentainoltre il vantaggio di poter eseguire misure di frequenza e misureelettriche più sensibili alle condizioni ambientalielettriche, più sensibili alle condizioni ambientali.

La protezione dalla corrosione del filo è ottenuta sigillandoermeticamente lo spazio e usando materiali non suscettibili di corrosioneermeticamente lo spazio e usando materiali non suscettibili di corrosionegalvanica. Il problema più comune resta, comunque, il danneggiamentodei cavi, particolarmente in zone di grandi cedimenti.

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Piezometro con estensimetro elettricoPiezometro con estensimetro elettrico

Il piezometro con estensimetri elettrici prevede che la misuraIl piezometro con estensimetri elettrici prevede che la misuradell'inflessione del diaframma sia eseguita tramite un estensimetroelettrico a variazione di resistenza.

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MISURE INCLINOMETRICHEUn inclinometro è costituito da unacostituito da una sonda, dotata lateralmente di rotelle, contenente al proprio interno un sensore di inclinazione operanteinclinazione operante a gravità (pendolo); esso è collegato ad una sorgente di energia e a un’unità di lettura e genera unlettura e genera un segnale che permette la determinazione dell'angolo fra il tubo guida e la verticale.

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MISURE INCLINOMETRICHE

Le misurazioni diLe misurazioni di inclinazione e profondità della sonda sono usate per calcolare la deviazionedeviazione orizzontale del tubo guida dalla verticale.

Lo strumento misura movimenti del suolo solo in direzione perpendicolare all'asse del pozzo.

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all asse del pozzo.

MISURE INCLINOMETRICHEMISURE INCLINOMETRICHE

Il metodo di misurazione attualmente più utilizzato prevede l'uso diIl metodo di misurazione attualmente più utilizzato prevede l'uso diservoaccelerometri posizionati all'interno della sonda. La sonda puòscorrere lungo una guida all'interno del tubo dell'inclinometro per daredirezioni di misurazione ad angoli esatti. Dove si usino dueservoaccelerometri, questi possono registrare l'inclinazione del tubo diaccesso in due direzioni ad angoli esatti l'una rispetto l'altra Questaaccesso in due direzioni ad angoli esatti l'una rispetto l'altra. Questainclinazione può essere indicata in termini di deviazione angolare o dispostamento orizzontale.

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MISURE INCLINOMETRICHEMISURE INCLINOMETRICHE

L'inclinometro è uno strumento di precisione e per ottenere da esso laL'inclinometro è uno strumento di precisione e per ottenere da esso lamigliore prestazione deve essere posta molta cura nel suo uso einstallazione.

L'apparecchiatura usata deve essere esaminata ed ispezionataattentamente. L'installazione del rivestimento nel pozzo richiede curaparticolare per assicurare un buon contatto fra il materiale di reinterro e lacamicia stessa, e per evitare l'entrata di sporcizia attraverso i giunti.

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MISURE INCLINOMETRICHEMISURE INCLINOMETRICHE

La procedura più usuale è di trivellare un pozzo di 100 200 mm diLa procedura più usuale è di trivellare un pozzo di 100-200 mm didiametro e, quindi, di calarvi all'interno il tubo assemblato. Questo tuboviene chiuso all'estremità da un tappo; i vari spezzoni sono giuntati permezzo di speciali attacchi d'accoppiamento ed ognuno è rivestito da unnastro al fine di prevenire l'entrata della malta liquida. Il tubo, quindi,viene riempito con acqua per contrastare la spinta idrostatica e l'ingressoviene riempito con acqua per contrastare la spinta idrostatica e l'ingressodi malta liquida. Quando si pensa non sia possibile l'uso della maltaliquida, come nel caso di presenza di materiali granulari o faldeartesiane, si può ricorrere a sabbia o ghiaia di piccolo diametro. Dopoche è stata immessa la malta, il tubo di accesso deve essereattentamente risciacquato con acqua pulita Inoltre il tubo di accessoattentamente risciacquato con acqua pulita. Inoltre, il tubo di accessodeve essere chiuso con un tappo per evitare che possa entrare dellasporcizia.

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MISURE INCLINOMETRICHEMISURE INCLINOMETRICHE

La precisione dello strumento di misura dipende da molti fattori in primoLa precisione dello strumento di misura dipende da molti fattori, in primoluogo dal sensore utilizzato, che non deve essere sensibile alle variazionidi temperatura. E' estremamente importante che l'unità sensibile siacalibrata regolarmente. La calibratura implica la regolazione dellamassima inclinazione possibile e la verifica del dato rilevato. Laprecisione è funzione dell'inclinazione massima ma è possibileprecisione è funzione dell'inclinazione massima ma è possibileraggiungere risoluzioni di 0.1mm.

In qualche caso la corrosione della camicia in alluminio è stato unIn qualche caso la corrosione della camicia in alluminio è stato unproblema anche dove la stessa era stata trattata con un trattamentoepossidico. E' necessario valutare la predisposizione del sito allacorrosione acida e alcalina. Se insorgono dubbi, è preferibile usare untubo in materiale plastico.

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