Raccomandazioni AGI (1977):

Finalità Mezzi di indagine

Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)

Fori di sondaggio

Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche

Proprietà fisico-meccaniche

Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε τ:σ

Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀

Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche

Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio-deformativoτ:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa

Permeabilità Prove di emungimento Prove di immissione

Verifica impiego analisi e tecnologie

Prove di carico su piastre e pali Misure di pressioni neutre e permeabilità

(efficacia di drenaggi e impermeabilizzazioni) Misure di proprietà meccaniche

(efficacia di trattamento di miglioramento e rinforzo)

Le misure piezometriche in sitoMisure piezometriche

Prove permeabilità1

Tecniche di misura piezometrica in sito

Attrezzatura

Piezometri idraulici a tubo aperto ⇒ misura della quota piezometrica hCelle piezometriche ⇒ misura della pressione neutra u

Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie

Tubo piezometrico a tutta altezza

(per misure di u medie,in sottosuolo omogeneo)

Presa localizzata

(per misure locali di u,in sottosuolo stratificato)

Misure piezometricheProve permeabilità

2

Installazione di un piezometro a tubo aperto - I

1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell’intercapedine tra tubo e foro

Misure piezometricheProve permeabilità

3

2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione

Installazione di un piezometro a tubo aperto - IIMisure piezometriche

Prove permeabilità4

Esecuzione di una lettura piezometrica

3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico

Freatimetro(sondina elettrica

con sensore acustico)

... o in foro di sondaggio

Misure piezometricheProve permeabilità

5

Piezometri idraulici per misure localizzate

Piezometro Bishop(a circuito chiuso)

Piezometro a infissione(GeoNor)

Piezometro Casagrande

Misure piezometricheProve permeabilità

6

TAP

PO

FILT

RO

1,00

RIE

MP

IME

NTO

0,50

Miscela secca di sabbia cemento e bentonite

1,30

m

529,00 m

0,30

0,50

TAP

PO

1,00

1,30

m

0,50

0,30

0,50

1,00

RIE

MP

IME

NTO

Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm

Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)

Sabbia silicea

Sabbia silicea

FILT

RO

TAP

PO

Miscela secca di sabbia cemento e bentonite

Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)

Presa con filtro poroso

Batteria di tubi (∅ ≅ 1.25 cm)

giunti esterni

Installazione di piezometro CasagrandeMisure piezometriche

Prove permeabilità7

1. nastro di teflon

3. silicone

4. nastro adesivo2. giunto

Piezometro Casagrande: preparazione tubiMisure piezometriche

Prove permeabilità8

Fase da effettuare con tubi già collegati

alla presa filtrante!

Piezometro Casagrande: saturazione filtroMisure piezometriche

Prove permeabilità9

1. Getto di sabbia a fondo foro

2. Posa in opera filtro e tubi

3. Bentonite in pelletsper tappo impermeabile

Piezometro Casagrande: installazione in foroMisure piezometriche

Prove permeabilità10

Celle piezometriche

piastra porosa

piastraporosa

trasduttoredi pressione

Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto

La piastra porosa evital’intasamento o l’occlusioneper effetto dell’infiltrazione

di particelle solide

Misure piezometricheProve permeabilità

11

Celle piezometriche: messa in opera

1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro

Misure piezometricheProve permeabilità

12

Esecuzione della misura piezometrica

I tempi di riequilibrio idraulico sono:- proporzionali al volume d’acqua in ingresso

- inversamente proporzionali alla permeabilità

Misure piezometricheProve permeabilità

13

tempo, t

prof

ondi

tà, z

/z0 1

t95

0.05

arctan(-Fk/A)

Prontezza della misura piezometrica

Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico

‘Prontezza’ ∝ (t95)-1

0 00

lnz t

z

dz Fk dz Fk z Fkq Fkz dt dt tz A z A z A

= ⇒ = − ⇒ = − ⇒ =− ⇒∫ ∫

diminuisce con la sezione del tubo A

aumenta con il coefficiente d’ingresso F

aumenta con la permeabilità del terreno k

0 0

95

1 1

30.95 ln 0.05

Fk tAh z e

z zA At

Fk Fk

ε

ε

−= = − = −

= ⇒ = − ≈

Rapporto di equalizzazione

Tempo di risposta

0

Fk tAz e

z−

=

Equazione di continuità: q dt A dh A dz⋅ = ⋅ = − ⋅

Misure piezometricheProve permeabilità

14

Tipologia di filtri e coefficienti di ingressoMisure piezometriche

Prove permeabilità15

Scelta del tipo di strumento

Tipo D(cm) Funzionamento Installazione Permeabilità terreni

k (cm/s)

Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggio elevata(> 10–4)

Casagrande 1÷1.5presa localizzata, volumi ridotti

in foro sondaggio* media(10–6 ÷ 10–4)Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie

A circuito chiuso (Bishop) 1÷1.5 chiusura idraulica con manometro

livelli idrici più elevati del p.c. in foro sondaggio medio-bassa(10–8 ÷ 10–6)

Celle piezometriche n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* bassa(10–10 ÷ 10–8)

* anche infisso in terreni fini poco consistenti

Il tipo di strumento va selezionato

in relazione alle condizioni di sottosuolo

ed alla velocità del fenomeno da monitorare

Misure piezometricheProve permeabilità

16

In definitiva, k è influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui:

• è il parametro geotecnico con maggiore variabilità in natura (k = 10-10 ÷ 10 cm/s)

• va determinato sperimentalmente con apposite prove

In laboratorio

Misura del coefficiente di permeabilità

In sito

permeametro

edometro

pozzi

piezometri

Misure piezometricheProve permeabilità

17

La misura della permeabilità in laboratorio

Procedura generale di prova in permeametro di Darcy:1. Applicare un gradiente idraulico (i=h/l) ad un provino cilindrico di lunghezza l2. Misurare la velocità di flusso v (portata filtrante Q / area A)3. Applicare legge di Darcy per ottenere il coefficiente di permeabilità k

Q hv ki kA l= = =

In laboratorio il coefficiente di permeabilità è misurabile mediante:- Permeametri- Celle triassiali e edometriche (cfr. prove compressibilità)

Q lAQ

h

Misure piezometricheProve permeabilità

18

Procedura adatta per terreni a grana grossa

Prove di permeabilità a carico costante

Carico idraulico h misurato in sottili tubi

piezometriciPortata effluente

regolata dal dislivello∆H tra i serbatoi di

carico e scarico

Volumi V misurati

con buretta graduata

a intervalli ∆t regolari

Provino cilindricodi altezza l ed area A

(>20cm2)

QlkAh

=

Relazione V:t

VQt

∆=∆

⇓Portata (media)

Elaborazione

⇓Permeabilità

Misure piezometricheProve permeabilità

19

Abbassamento progressivo del

livello idrico h nel tubo

(di sezione a)⇓

gradiente idraulico ∆h variabile

h misurata a intervalli di

tempo ∆t regolari

Provino cilindrico di sezione A eventualmente sottoposto a sovraccarico

verticale

Elaborazione

Permeabilità

( )1 2ln h halkA t

=∆

Diagramma ln(h):t

Prove di permeabilità a carico variabile

Procedura adatta per terreni a grana fine

Misure piezometricheProve permeabilità

20

Raccomandazioni AGI (1977):

Finalità Mezzi di indagine

Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)

Fori di sondaggio

Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche

Proprietà fisico-meccaniche

Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε τ:σ

Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀

Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche

Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio-deformativoτ:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa

Permeabilità Prove di emungimento Prove di immissione

Verifica impiego analisi e tecnologie

Prove di carico su piastre e pali Misure di pressioni neutre e permeabilità

(efficacia di drenaggi e impermeabilizzazioni) Misure di proprietà meccaniche

(efficacia di trattamento di miglioramento e rinforzo)

Le misure di permeabilità in sitoMisure piezometriche

Prove permeabilità21

Tecniche di misura di permeabilità in sito

Esecuzione: - in fori di sondaggio condizionati come piezometri idraulici - in pozzetti superficiali- in pozzi con piezometri di controllo

Principio: ottenere il coefficiente di permeabilità (k) dal confronto tra portate (emunte o immesse) e gradienti idraulici

Pro e contro

(contromisura: eseguire entrambi e mediare i risultati)

Emungimento solo sotto falda, rischio di erosione del terreno (⇒ sovrastima di k)Immissione anche fuori falda, graduale intasamento del filtro (⇒ sottostima di k)

pozzi

piezometri

Misure piezometricheProve permeabilità

22

Esecuzione (in immissione/emungimento):

si misura (p. es. con un contatore) la portata qnecessaria per mantenere costante il dislivello idraulico himposto da una pompa tra foro e terreno

Interpretazione

q kFh= ⇒

Prove in foro a carico costante

qkFh

=

(F = coefficiente d’ingresso)

Misure piezometricheProve permeabilità

23

Esecuzione (in immissione/emungimento):

si registra nel tempo l’abbassamento/risalita zdel livello idrico nel foro, prodotto da un sovralzo/depressione iniziale

tA

Fkzzezz t

AFk

−=⇒=−

00

lnln

per cui k si può ottenere:

• dalla pendenza locale:

• dal coefficiente angolare β della retta di regressione AkF

β=ln z tα β= − ⇒

Prove in foro a carico variabile

Interpretazione

12

21 )ln()ln(tt

zzFAk

−−

=

ei kkk ⋅=Compensazione errori

Misure piezometricheProve permeabilità

24

Esecuzione di una prova di permeabilità in foro

Esecuzione delle letture con freatimetro

Misure piezometricheProve permeabilità

25

0,00001

0,0001

0,001

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, t (min)

coef

ficie

nte

di p

erm

eabi

lità,

k (c

m/s

)

PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m

0,1

1

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, t (min)

alte

zze,

h (m

)

PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m

Letture altezza acqua nel foro

(per diversi livelli iniziali)

Interpretazione mediante pendenza locale

Interpretazione di prova di permeabilità in foro

FA

thk

∆∆

−=ln

2

5.115.1ln

3

++

π=

DL

DL

LF

L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo

Misure piezometricheProve permeabilità

26

Esecuzione di una prova di permeabilità in pozzetto

Esecuzione delle letture con asta graduata

Misure piezometricheProve permeabilità

27

Interpretazione mediante pendenza locale

Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto

0,00001

0,0001

0,001

0 60 120 180tempi (min)

coef

ficie

nte

di p

erm

eabi

lità,

k (c

m/s

)

PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm

50

100

150

0 60 120 180tempo, t (min)

alte

zza,

h (c

m)

PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm

Letture livello acqua nel pozzetto (B ≈ 130 cm) per diversi livelli h0 iniziali

1 2

3 1 9

hh Bk

htB

+∆= −

∆ +

zw

H

B > 10-15 dmax

H < zw/7

B

h0

p.l.f.

Misure piezometricheProve permeabilità

28