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Sondaggi Geognostici

SONDAGGIO: Metodo di indagine che consente l’ispezione diretta del

terreno Perforazione effettuata nel terreno mediante un’attrezzatura

denominata sonda Utilizzato per: - Ricostruzione del profilo stratigrafico del terreno attraversato - Prelievo di campioni rappresentativi da sottoporre a successive indagini di laboratorio - Raggiungimento di una determinata profondità

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PERFORAZIONE DI SONDAGGIO La perforazione per eseguire il sondaggio può avvenire

tramite 3 tipologie:

Sondaggi a elica

Sondaggi a percussione

Sondaggi a rotazione

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SONDAGGI ESEGUITI CON ELICA ●Sono eseguiti utilizzando un’elica saldata a una barra (Kelly) che viene alternativamente spinta o estratta dal terreno (a)

La profondità raggiunta dipende dalla lunghezza della barra e l’esecuzione è lenta a causa delle ripetute manovre di spinta e estrazione

●Più vantaggioso è l’impiego di elica continua per mezzo della quale si possono raggiungere profondità fino a 50 m (b)

Diametro dell’elica: 75-300 mm

Terreni idonei: utilizzata prevalentemente in argille, in modo da non dover ricorrere a nessun mezzo di sostegno del foro

LIMITI DEI SONDAGGI AD ELICA: - Non è impiegabile in depositi alluvionali o morenici in cui si ha la presenza di ciottoli e trovanti - Il terreno estratto si presente fortemente rimescolato, da non poter consentire una ricostruzione stratigrafica di dettaglio

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(a)

(b)


SONDAGGI A PERCUSSIONE L’avanzamento avviene per battitura con maglio o per caduta

La batteria di aste è munita alla base di robusti utensili atti alla frantumazione del terreno

Utensili frantumatori:

1. SCALPELLO utilizzato per l’avanzamento

in strati lapidei o cementati

Se si esegue un foro di piccolo diametro (100-125 mm),

lo scalpello può essere collegato alla superficie mediante una

batteria di aste cave, e i detriti possono essere portati a piano

campagna con circolazione di fango

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Schema dello scalpello frangiroccia


SONDAGGI A PERCUSSIONE

2. CURETTA adatta a terreni (sonda a valvola) a grana grossa (ghiaie e ciottoli)

E’ un tubo cilindrico munito di una valvola al fondo per trattenere il materiale entrato durante l’avanzamento I diametri usati variano da 150-300 mm e si possono raggiungere profondità di 60 m

VANTAGGI DEI SONDAGGI A PERCUSSIONE - Possibilità di attraversare speditamente qualsiasi tipo di terreno anche fino a grandi profondità

LIMITI DEI SONDAGGI A PERCUSSIONE - NON si ottengono campioni indisturbati - NON si può ricostruire la stratigrafia di dettaglio in terreni con forti alternanze - Dilavamento delle frazioni fini per il moto dell’acqua di perforazione (per evitare il surriscaldamento degli strumenti e per riportare in superficie i detriti)

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Schema della curetta


SONDAGGI A ROTAZIONE Per le limitazioni viste,

LA MAGGIOR PARTE DEI SONDAGGI VIENE ESEGUITA PER ROTAZIONE

L’utensile di perforazione è costituito da un tubo CAROTIERE (semplice, doppio o triplo) che presenta un’estremità munita di una corona dentata (TAGLIENTE)

L’avanzamento avviene applicando all’utensile, tramite una batteria di aste che lo collega alla superficie, una contemporanea azione di SPINTA e ROTAZIONE

Diametri impiegati normalmente variano tra 75-150 mm.

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SONDAGGI A ROTAZIONE Modalità di perforazione:

- A secco

- Con immissione di fluidi

(acqua, fango, aria compressa)

L’immissione del fluido di perforazione può essere

per circolazione diretta, se il fluido scende nelle aste

interne, o per circolazione inversa (meno frequente)

se il fluido scende lungo le pareti del foro.

L’impiego di un fluido aumenta sensibilmente la velocità

di avanzamento, ma rende più complicato il carotaggio

di materiali teneri o a grana grossa

(schema di circolazione diretta: la pompa solleva dalla vasca il fluido e lo immette nel tubo centrale. Da fondo foro il fluido risale in superficie portando via il terreno frantumato che sedimenta nella vasca di raccolta)

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SONDAGGI A ROTAZIONE

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Detriti raccolti dal fluido e sedimentati nella vasca

Fluido più pulito

Vasca di sedimentazione

Pompa aspirante

Tubo cavo con utensile disgregatore

Tubo cavo con utensile disgregatore

Pompa premente

Vasca di sedimentazione

Fluido più pulitoDetriti raccolti dal fluido e sedimentati nella vasca

CIRCOLAZIONE DIRETTA

CIRCOLAZIONE INVERSA


SONDAGGI A ROTAZIONE

SONDAGGIO A CAROTAGGIO CONTINUO

Scopo: definire la stratigrafia e prelevare campioni per le indagini di laboratorio

SONDAGGIO A DISTRUZIONE

Scopo: raggiungere una determinata profondità (ad es. per installare uno strumento o per prelevare un campione)

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SONDAGGIO A CAROTAGGIO CONTINUO La perforazione è eseguita a rotazione tramite CAROTIERI SEMPLICI, DOPPI o TRIPLI a seconda della natura dei terreni attraversati Tali strumenti rendono minimo il disturbo dei materiali attraversati e consentono il prelievo di campioni rappresentativi (carote) I campioni estratti dai carotieri vengono sistemati in apposite CASSETTE CATALOGATRICI, atte alla loro conservazione, sulle quali viene riportato in modo indelebile il numero del sondaggio e la profondità di riferimento

(esempio di estrusione del terreno dal carotiere)

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SONDAGGIO A CAROTAGGIO CONTINUO Esempi di cassette catalogatrici: in materiale plastico e in legno. Ogni cassetta ha in genere 5 scansioni interne numerate, che ospitano ciascuna carote di terreno di 1m di lunghezza

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SONDAGGIO A DISTRUZIONE DI NUCLEO La perforazione viene eseguita per l’attraversamento di formazioni di cui non interessa una esatta conoscenza o per il raggiungimento di una quota prevista (per l’esecuzione di prove in situ o per l’installazione di strumentazione) Durante l’esecuzione possono essere prelevati campioni del detrito uscente dal foro, mediante i quali potrà essere ricostruita una approssimativa identificazione dei terreni attraversati La perforazione è condotta utilizzando SCALPELLI o TRICONI di vario tipo, agenti a fondo foro Le pareti del foro saranno sostenute a seconda delle esigenze da fluidi di perforazione, da rivestimenti, da cementazione del foro stesso

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STABILIZZAZIONE DEL FORO DI SONDAGGIO La stabilizzazione delle pareti e del fondo del foro è un aspetto comune a tutti i tipi di esecuzione del sondaggio

Se la perforazione è poco profonda, in terreni fini, sopra falda, il foro risulta stabile

Altrimenti si deve ricorrere alla sua STABILIZZAZIONE ATTRAVERSO UNO DEI SEGUENTI METODI:

1) INFISSIONE DI UNA BATTERIA DI TUBI DI RIVESTIMENTO:

La posa in opera del rivestimento non dovrebbe mai precedere la perforazione, per evitare di disturbare il terreno da campionare

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STABILIZZAZIONE DEL FORO DI SONDAGGIO

2) STABILIZZAIONE TRAMITE FANGO:

si esegue lo scavo in presenza di un fluido costituito da una sospensione in acqua di bentonite

argilla con elevatissima plasticità e dalle proprietà tixotropiche:

la sospensione colloidale tende ad assumere la struttura di un gel in stato di

quiete e ritorna allo stato fluido per effetto di semplice agitazione o vibrazione)

L’usuale percentuale di bentonite presente in un fango è compresa tra il

3%-5% e il peso specifico del fango è di poco superiore a quello dell’acqua

Il fango tende a formare in quiete una pellicola impermeabile; la pressione sviluppata sulle pareti e sul fondo del foro è sufficiente a garantire la stabilità

LIMITAZIONE DELLA STABILIZZAZIONE CON FANGO:

non consente l’esecuzione di prove di permeabilità e di misure piezometriche

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CARATTERISTICHE DEI CAMPIONATORI Le 3 principali tipologie di campionatore sono:

- Campionatore a diametro esterno costante (a)

- Campionatore a diametro esterno maggiorato

in corrisp.della scarpa (b)

- Campionatore con anello allargatore (c)

Il diametro interno Di dipende dall’esigenza di poter ricavare provini per l’esecuzione delle prove

di laboratorio Di= 80÷100 mm

FATTORI DI DISTURBO SUL CAMPIONE 1) Il disturbo del campione aumenta al crescere del RAPPORTO TRA IL VOLUME DEL TERRENO SPOSTATO durante l’avanzamento del campionatore e IL VOLUME DEL CAMPIONE stesso Tale rapporto è espresso del coefficiente di parete:

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1002

22

D

DDC s

p

<15% campionatore a parete sottile

>15% campionatore a parete grossa

(a) (b) (c)


CARATTERISTICHE DEI CAMPIONATORI

2) La LUNGHEZZA DEL CAMPIONATORE deve essere sufficiente da garantire che il tratto centrale sia indisturbato ma non eccessiva per minimizzare gli effetti dell’attrito

3) La DIFFERENZA TRA IL DIAMETRO INTERNO E DIAMETRO DI INGRESSO del campionatore è un altro parametro che controlla il disturbo sul campione: all’aumentare della differenza si riduce l’attrito ma aumenta la possibilità di rigonfiamento del campione stesso

Un compromesso ottimale si ottiene attribuendo i seguenti valori del coefficiente di ingresso:

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128 DL

100

D

DDC i

i

<0,5% per campionatori corti

0,75% ÷ 1% per campionatori lunghi


CARATTERISTICHE DEI CAMPIONATORI

4) Per ridurre l’ATTRITO ESTERNO si impiegano spesso campionatori muniti di una scarpa di diametro maggiore di quello del tubo campionatore

Il coefficiente di attrito esterno deve essere compreso tra i seguenti valori:

5) L’ANGOLO DI TAGLIO DELLA SCARPA (in genere compreso fra 4° e 15°) deve essere tanto più piccolo quanto maggiore è il valore di Cp, coeff. di parete

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%% 32100100

e

ea

e

esa D

DD

D

DDC


CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO

REQUISITI GENERALI PER IL CAMPIONAMENTO Ogni campionamento deve essere preceduto dalle seguenti fasi:

- stabilizzazione del foro

- controllo della profondità dopo l’inserimento del campionatore

- ulteriori manovre di pulizia del fondo foro (se sono presenti detriti)

Il campione deve essere conservato nello stesso tubo (FUSTELLA) di prelievo, ripulito alle estremità, sigillato ermeticamente con paraffina fusa o tappi a tenuta e munito di etichetta identificativa.

I campioni indisturbati devono essere protetti di raggi del sole dal gelo e da fonti di calore e da vibrazioni che possono essere trasmesse durante il trasporto dal cantiere al laboratorio

In caso di lunga conservazione degli stessi si provvederà a trasferirli in laboratori dotati di CAMERA UMIDA

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REQUISITI GENERALI PER IL CAMPIONAMENTO

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Fustella zincata a 4 fori

Dimensioni: 88,9x2x63 - 101x2x70 cm

Tappi in PVC per fustella

Paraffina solida



PRINCIPALI TIPI DI CAMPIONATORI

Si esegue una divisione in tre categorie, connesse alle modalità di infissione nel terreno:

1) A PERCUSSIONE

2) A PRESSIONE

3) A ROTAZIONE

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Sondaggi Geognostici CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO

CAMPIONAMENTI A PERCUSSIONE

CAMPO DI IMPIEGO: -Terreni a grana grossa o di varia composizione (lapidei) nel caso in cui l’uso di altri metodi non garantisca una migliore qualità -Terreni di altro tipo per i quali non sia richiesto un alto grado di qualità (ad es. per prove di classificazione)

APPARECCHIATURA: I campionatori a percussione consistono in una testa con valvola a sfera ed opportuni sfiati collegati a tubi robusti a pareti grosse predisposti con astuccio interno in PVC, lamiera zincata o di ottone e talvolta con estrattore a cestello alla base

INFISSIONE: L’infissione si ottiene mediante un maglio guidato che batte direttamente sul campionatore; le vibrazioni provocate non consentono alti gradi di qualità di campionamento

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CAMPIONAMENTI A PRESSIONE

CAMPO DI IMPIEGO: -Terreni di limitata consistenza e a grana fine

APPARECCHIATURA: Per l’avanzamento a pressione si impiegano campionatori a “parete sottile” Il tubo di infissione, in acciaio di qualità, funge anche da contenitore e pertanto deve essere internamente levigato e con scarpa di base tagliente (angolo di taglio alla scarpa= 4°-15°)

CAMPIONATORI A PARETI SOTTILI: - di tipo aperto - di tipo a pistone “libero” o “fisso o stazionario” OSS.: si possono ottenere campioni che hanno una lunghezza al massimo di 1 m, in quanto oltre tale valore il disturbo prodotto dall’attrito diventa eccessivo

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CAMPIONAMENTI A PRESSIONE:

CAMPIONATORI DI TIPO APERTO Il campionatore aperto risulta composto da una testa con valvola a sfera (e relativi sfiati) collegata con viti a brugola al tubo di infissione che funge da contenitore del campione di terreno (fustella)

Esempio: Campionatore “SHELBY”

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CAMPIONATORE TIPO "SHELBY"

Ø ESTERNO mm. 101,6 100 88,9 83

SPESSORE mm. 2 1,5 2 1,5

ATTACCO ASTE 50 50 50 50

LUNGHEZZA TOT. mm. 902 880 973 880

PESO Kg. 10,8 10,8 9,0 8,6

Fustella Testa con valvola a sfera

Testa con valvola a sfera

Fustella




CAMPIONATORI DI TIPO APERTO Esempio: Campionatore “SHELBY”

a) Esempio di campionatore aperto

a parete sottile saldato per punti

alla testa della sonda (tecnica

suggerita US Engineering Office,

Boston District)

b) Esempio di campionatore aperto

a parete sottile in cui il

campionatore è collegato alla testa

della sonda con delle viti Allen

(tecnica suggerita da A.H. Mohr)

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a) b)

saldatura

Viti di serraggio Allen da 9mm



CAMPIONATORI DI TIPO A PISTONE LIBERO O FISSO In questo tipo, il pistone ha la funzione di chiudere il tubo campionatore all’estremità inferiore e viene sbloccato quando si vuole iniziare il prelievo

Campionatore a “PISTONE LIBERO” Il pistone si muove insieme alla sommità del campione durante l’avanzamento nel terreno; una clampa conica gli impedisce di abbassarsi durante l’estrazione del campione

Campionatore a “PISTONE FISSO O STAZIONARIO” Si possono distinguere due tipi di campionatori:

-Ad azionamento meccanico

-Ad azionamento idraulico

OSS.: SE CORRETTAMENTE USATI, QUESTI CAMPIONATORI A PISTONE CONSENTONO DI OTTENERE NEI TERRENI FINI CAMPIONI DI ALTA QUALITA’

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CAMPIONATORI DI TIPO A PISTONE FISSO

Esempio: CAMPIONATORE “OSTERBERG”

Questo campionatore è il più noto e utilizzato fra quelli a PISTONE FISSO AD AZIONAMENTO IDRAULICO

E’ costituito da un pistone mobile, solidale al tubo di prelievo (fustella), che scorre sull’asta interna che collega la testa del campionatore al pistone fisso

La pressione sul pistone mobile viene esercitata attraverso le aste di collegamento con acqua in pressione. Uno sfiato sulla testa del campionatore permette l’azzeramento della pressione a fine corsa

Durante il campionamento bisognerà operare in modo che l’avanzamento a pressione sia continuo e il più rapido possibile, per minimizzare l’entità dei disturbi, particolarmente nel caso di terreni coesivi di bassa consistenza

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CAMPIONATORI DI TIPO A PISTONE FISSO

Esempio: CAMPIONATORE “OSTERBERG”

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Campionatore Osterberg Diametro est. campionatore = 101 mm. Diametro est. fustella = 88,9 mm.

Pistone fisso

Pistone mobile idraulico che fa scendere la fustella interna.

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