Pressiometro da foro (Menard)

Dimensioni sonda: diametro d = 58 mm lunghezza L = 350 mm

Attrezzatura

1. Sonda cilindrica espandibile da fondo foro per immissione di gas o liquido 2. Sistema di aste 3. Dispositivi di pompaggio e misura pressioni + volumi di fluido immesso

Provvisto di utensile disgregatore che rimuove un volume di terreno

pari a quello della sonda

Pressiometro autoperforante (SBPT)

Prova pressiometrica (PMT): esecuzione

Limitazioni esecutive

Instabilità foro e difficoltà di ottenimento resistenza in terreni a grana grossa

1. Immissione di liquido in pressione 2. Misura di variazioni di volume

fase di contatto

con le pareti del foro

u

uk

v

r

v

h

0

0

0

00

'

'

r

r

d

dG

2

1

vuLr cp ln

Prova pressiometrica: interpretazione

1. tensione orizzontale r0=p0 ⇒ coefficiente di spinta a riposo k0

2. curva tensione-deformazione (r : r) ⇒ rigidezza tangente G

3. curva r : r ⇒ pressione limite pL e resistenza non drenata cu

Modello: equilibrio della cavità cilindrica indefinita (p = r ; v = 2 r)

Prova dilatometrica (DMT)

Attrezzatura

piastra laminare con membrana espandibile, infissa da superficie

Dimensioni lama ("pala"): larghezza = 95 mm spessore = 14 mm diametro membrana = 60 mm

Prova dilatometrica: esecuzione

Ogni 20 cm di penetrazione, si immette gas in pressione misurando pressioni e spostamenti

Limitazioni esecutive: - difficoltà di penetrazione in terreni addensati - interpretazione empirica

Sistemi di infissione:

p0 inizio espansione membrana p1 corrispondente ad un’espansione di 1.1 mm p2 ritorno alla condizione iniziale

0127.34

21pp

EEd

u

upK

v

d

0

0

Prova dilatometrica: interpretazione

1. Coefficiente dilatometrico Kd

⇓

coefficiente di spinta a riposo k0

s=1.1 mm p1

2. Modulo dilatometrico Ed

up

ppId

0

01

3. Indice di materiale Id

Modello

2

112

R

r

E

PRrS

(per r=0; 2R= 60 mm)

piastra circolare su semispazio elastico

Legame costitutivo elastico lineare

(relazioni di Navier)

xyxy

zxzx

yzyz

zvz

yvy

xvx

G =

G =

G =

2G + =

2G + =

2G + =

zx yz,xy, = ij G = t

ij

2

2

ij

2

Propagazione di due perturbazioni:

z+

y+

x = )G2+( =

tv

2

2

v2

onda di deformazione volumetrica (o onda P) con velocità

edP

E=V

onda di deformazione distorsionale

(o onda S) con velocità

G=VS

)+2(1

E=G

)2-)(1+(1

E=

E = )2-)(1+(1

)-(1E = 2G+ ed

Costanti

elastiche:

+

Equilibrio dinamico del mezzo elastico

zyxt

w

zyxt

v

zyxt

u

zzyzx

2

2

yzyxy

2

2

xzxyx

2

2

Equazioni indefinite di equilibrio dinamico

( = /g)

2Ped VE

2SVG

Propagazione delle onde di volume (P e S)

s)-tVh( + s)+tVg( = PPv s)-tVh( + s)+tVg( = SSxy

Se la perturbazione è un’armonica di frequenza f, si propagherà nello spazio

con periodo (lunghezza d'onda)

f

V = P

Pf

V = S

S

Onda di superficie o di Rayleigh (R)

Le onde R si generano: • alla superficie di un semispazio • all’interfaccia tra due strati

ed hanno VR VS

Meccanismi di propagazione delle onde

Metodi di indagine sismica in sito

Principio: - generare onde di volume o di superficie con una sorgente polarizzata - registrare gli effetti con uno o più ricevitori (geofoni) - ottenere le velocità di propagazione delle onde P, S, R nel terreno

Esempi di sorgenti impulsive Registrazioni tempi di arrivo delle onde per distanze variabili ‘dromòcrone’

Prospezioni sismiche di superficie

Metodo a rifrazione

Metodo a riflessione

onda diretta:

onda riflessa:

onda rifratta:

spessore e velocità strato superficiale

spessore e velocità strato superficiale

+ velocità substrato

Esecuzione di prove di rifrazione con onde S

Attrezzatura: 1. sorgente ‘polarizzata’ trasversale 2. batteria di geofoni orientati 3. registratore multicanale

Interpretazione: dromocrone velocità e spessori di strati successivi

Metodi di indagine sismica da foro

Metodo Down-Hole (DH)

Metodo Cross-Hole (CH)

Scopo: registrare gli arrivi di onde S a profondità variabili. La sorgente è superficiale, i ricevitori (in numero di uno o più) sono posizionati all’interno di un foro.

Scopo: registrare gli arrivi di onde S a profondità variabili. La sorgente è in foro, i ricevitori (in numero di uno o più) sono posizionati in altrettanti fori.

Prove sismiche in foro: Down-Hole

Down-Hole (DH)

sorgente orizzontale ad impatto

necessario un solo foro

ampiezza onde attenuata con z

Esempio di acquisizione:

Inversione polarità sorgente:

Esempio di allestimento prova Down-Hole

geofono con 2 + 2 velocimetri hz + 1 verticale foro 100 mm con tubazione PVC 80 mm

martello

trigger

piastra verticale infissa

sorgente onde S

distanza 2m

sistema acquisizione

cavo geofono + tubo aria compressa

Intepretazione di prova DH a 1 ricevitore

Tempi diretti VS media tra 0 e z

t

x + z = V

22

S

t

x + z

z = t

d

z = t

22

*

*

*S

t

z = V

1.0

45E

-02

1.1

04E

-02

1.6

60E

-02

2.0

51E

-02

2.3

63E

-02

2.9

69E

-02

3.1

84E

-02

3.6

72E

-02

3.8

48E

-02

4.1

60E

-02

4.4

92E

-02

4.6

48E

-02

4.8

44E

-02

5.1

17E

-02

5.2

15E

-02

5.4

49E

-02

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Tempo, t (sec)

0.50

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

14.80

CARDITELLO

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

0 100 200 300 400 500 600

Velocità dell onde di taglio, Vs (m/s)

pro

fon

dit

à, z (

m)

inversione (7 st - bis)

interpolazione t*

CARDITELLO

y = 167.61x + 0.10

R2 = 1.00

y = 480.03x - 11.04

R2 = 0.99

y = 248.22x - 1.42

R2 = 0.98

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06tempi di viaggio corretti, t* (sec)

pro

fon

dit

à, z (

m)

strato 1

strato 2

strato 3

CARDITELLO

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

0 100 200 300 400 500 600

Velocità dell onde di taglio, Vs (m/s)

pro

fon

dit

à, z (

m)

Tempi equivalenti VS ad ogni profondità z

Inversione: identifica, per successive iterazioni,

il profilo di VS che fornisce la spezzata t*:z

che meglio approssima le misure sperimentali

Il dilatometro sismico (SDMT)

Dilatometro Marchetti 'classico' (DMT) + 2 geofoni = ‘dilatometro sismico’

interpretazione mediante velocità d'intervallo (sfasamento del segnale tra i due ricevitori)

Risultati di una prova con il SDMT

Parametri misurati tradizionalmente

Profilo di VS in buon accordo con prove Cross-Hole

Il piezocono sismico (SCPT)

Schema di esecuzione

Automezzo per trasporto e contrasto

Punta con trasduttori

Risultati di una prova con il SCPT

Parametri misurati tradizionalmente

Prove sismiche in foro: Cross-Hole

Prove a espansione e geofisiche

21

Cross-Hole (CH)

sorgente verticale ad impatto

necessari almeno due fori

ampiezza onde indipendente da z

Tempi di arrivo sorgente – 1° e 2° ricevitore:

Variante con 2 ricevitori (e 3 fori):

permette di leggere i ‘tempi di intervallo’

e di applicare l’analisi di Fourier

Profili di velocità da prove sismiche in foro

In presenza di strati deformabili ‘intrappolati’ tra terreni più rigidi,

la prova DH può addirittura risultare più affidabile della prova CH

Prove DH e CH nei terreni piroclastici di Poggioreale (zona E di Napoli)

Indagini geoelettriche

Prove a espansione e geofisiche

23

Principio: - generare un campo elettrico nel sottosuolo con coppie di generatori (‘dipoli’) - registrare gli effetti con uno o più misuratori di corrente (‘galvanometri’) - ottenere le resistività elettriche a distanze ( spessori) variabili

La resistività cresce: - con l’aumento di dimensione dei grani - con l’aumento della cementazione quindi argilla < sabbia < roccia

Indagini geoelettriche in mezzi eterogenei

Le deviazioni delle linee di flusso (e quindi la resistenza misurata) sono condizionate da fenomeni di rifrazione alle interfacce

sottosuolo omogeneo sottosuolo stratificato

Tomografia di resistività elettrica (ERT)

Schieramento dipolo-dipolo

(1) Pseudo-sezione (numerica)

(2) Pseudo-sezione (grafica)

(3) Sezione vera

Prove a espansione e geofisiche

26

Esecuzione di una tomografia geoelettrica (ERT)

Laboratorio mobile Georesistivimetro

Allestimento Esecuzione

Prove a espansione e geofisiche

Pseudo-sezione

Sezione interpretata

Tomografia geoelettrica (ERT) lungo una frana

C.T.I. 1:25000 (1885) Carta Geologica (1979)

Un caso di indagini geofisiche

Dfl = depositi fluvio-lacustri limo-argillosi Dr = terreni di riporto

1

4

Piano di indagini elettriche

3

5

Piano di indagini sismiche

S

Tomografia elettrica 1

Linea sismica 3

9 m

Sezioni SW-NE

Tomografia elettrica 4

Linea sismica 5

6-7 m

Sezioni NW-SE

E' evidente la presenza di una superficie 'riflettente' corrispondente a tempi di propagazione complessiva (a/r) di 250 ms, cioè ad una variazione litologica a circa 16m.

Sismica a riflessione onde S (NW-SE)

Modello di sottosuolo 3D