Ordine dei Geologi di Basilicata

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1 Ordine dei Geologi di Basilicata Caratterizzazione geotecnica del sottosuolo Prof. Ing. Vincenzo Simeone Professore straordinario di Geologia Applicata nel Politecnico di Bari Preside vicario della Facoltà di Ingegneria di Taranto

2 Caratterizzazione Geotecnica Argomenti della chiacchierata a) Significato problematiche ed implicazioni b) Scelta delle grandezze oggetto della caratterizzazione c) Il problema dell interpretazione delle prove d) I valori caratteristici e) Quali prove scegliere f) Le prove geotecniche in laboratorio g) Le prove in sito ed il contributo della geofisica

3 Caratterizzazione Geotecnica Che vuol dire? La possiamo fare in generale?? Fornire valori dei parametri geotecnici?? Quali?? Riferiti a quale volume??? Parametri e volume significativo dipendono dalle opere ( dai terreni e dal contesto geologico)

4 Caratterizzazione Geotecnica Caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo Finalizzata all analisi quantitativa di uno specifico problema di progetto e riguarda il volume di terreno significativo

5 Specifico problema di progetto Stabilità di uno scavo in argilla per la posa di una condotta In questo caso in cosa consiste la caratterizzazione geotecnica c? φ? cu? γ??

6 Quali parametri?? cu e γ H Lib = 2 cu/ γ Specifico problema di progetto - Dipende dal problema, ma anche dalle situazioni litostratigrafiche - La caratterizzazione e legata al problema - Va definito il problema ed i parametri necessari - Va definito lo stato limite che interessa ed identificati i parametri geotecnici appropriati e le condizioni (picco residuo ecc)

7 Norme tecniche per le costruzioni Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica Le indagini geotecniche devono: - Essere programmate in funzione del tipo di opera - Riguardare il volume significativo - Consentire di costruire il modello geotecnico di sottosuolo per la progettazione - Attraverso prove in laboratorio e/o in sito devono consentire di definire Valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni

8 Scelta dei parametri geotecnici Valori caratteristici???? Cosa sono??? VALORE CARATTERISTICO: Stima ragionata e cautelativa del valore del parametro nello stato limite considerato BOZZA DELLA CIRCOLARE (non approvata) Devo prima scegliere il parametro in funzione dell opera e dello stato limite - Valore caratteristico: stima cautelativa del parametro per lo stato limite considerato - Valori prossimi a quelli medi se il volume interessato è ampio da compensare eterogeneità o se la struttura è rigida e chiama a collaborare altre zone - Valori minimi se sono coinvolti modesti volumi di terreno o per le caratteristiche dei terreni (presenza di discontinuità)

9 Aspetti geologici imprescindibili Per comprendere gli stati limite del singolo problema e poter definire gli stati limite: Definire le caratteristiche intrinseche delle singole unità litologiche: Descrivere disomogeneità discontinuità alterazione, anisotropia Se ci sono materiali diversi (ad es Flysch descritti i singoli litotipi, spessori e successione delle alternanza) Descrivere famiglie o sistemi di discontinuità; orientazione, spaziatura, apertura continuità scabrezza, riempimento.

10 Valore caratteristico - Approccio statistico x k (p) = x m k (d, p) x σ CV = σ / x m x k (p) = x m (1 k x CV) Percentile K normale 0 0,674 1,282 1,645 Problemi Quale distribuzione utilizzare??? Quale percentile??? Quale è il coefficiente di variazione???

11 Valore Caratteristico Approccio Bayesiano Cherubini e Orr (1999): x k = x m * (1 - CV / 2) Forniscono indicazioni per valutare x m e CV per le tre diverse situazioni che possono aversi : A - nessun valore di prove disponibile; B - alcuni valori di prova disponibili (da laboratorio o prove in situ); C - informazioni a priori con valori di prova disponibili. A x m = ( a + 4b + c) / 6 CV = (c a) / (a + 4b + c) a = valore minimo stimato b = valore più probabile c = valore massimo stimato x m3 = [ x m2 + x m1 /n * (s x2 /s x1 )2] / [ 1 + 1/n * (s x2 /s x1 )2] s x3 = s x2 * [1 / n + (s x2 /s x1 )2] 0,5 dove: x m1 e s x1 sono il valor medio e la deviazione standard valutati a priori x m2 e s x2 sono il valor medio e la deviazione standard ottenuti da valori di prova x m3 e s x3 sono i valori aggiornati. C B x m = Σ x i / n s x = [Σ (xi - xm)2/ n-1]0,5 CV = sx / xm

12 Coefficienti di variazione delle principali grandezze geotecniche Grandezza Geotecnica Peso di volume Coesione Resistenza non drenata Coesione efficace Angolo di attrito Argilla Limo Sabbia Range 0,1 0,9 0,1 0,7 0,1 0,5 0,05 0,25 0,05 0,15 Valore consigliato (Harr 1987) Cherubini & Orr (1999) 0,03 0,4 0,55 0,45 0,30 0,12 0,15 0,07 0,10

13 . Norme tecniche per le costruzioni Coefficienti parziali M1 M2 Peso di volume γ 1 1 Resistenza non drenata cu 1 1,4 Tangente angolo di resistenza a taglio tag φ 1 1,25 Coesione efficace c 1 1,25 Resistenza a rottura uniassiale rocce qu 1 1,6

14 Norme tecniche per le costruzioni Le indagini e le prove devono essere eseguite e certificate da laboratori autorizzati di cui al comma 2 dell'art. 59 del DPR n (Sentenza del Tar Lazio febbraio 2008 Incertezza) I laboratori devo saper eseguire e certificare le prove Che vuol dire??? Che cosa ci forniscono?? c φ cu Ed Cc Interpretare le prove è un attività squisitamente intellettuale. che coinvolge il progettista ed i suoi consulenti

15 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova di taglio diretto- TG Prova di Taglio Diretto τ (kpa) 70 kpa 200 kpa 400 kpa δ (mm)

16 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova di taglio diretto Prova di Taglio c p = 50 kpa φ p = 21 c r = 0 φ r = τ (kpa) picco res σ (kpa)

17 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova di taglio diretto Diagramma τ - δ 90,00 80,00 τ (kpa) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 δ (mm)

18 Modello geotecnico CHE PROVE FARE?? Che parametri mi danno?? Laboratorio: Riconoscimento e classificazione Prova edometrica Prove di taglio Prova di compressione triassiale: UU CD CU.. In sito: CPT SPT..

19 Prove geotecniche di laboratorio Classi di qualità dei campioni Caratteristiche determinabili Classe di qualità Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Profilo stratigrafico X X X X X Composizione granulometrica X X X X Contenuto naturale d acqua X X X Peso unità di volume X X Caratteristiche meccaniche X Campioni disturbati o rimaneggiati A disturbo limitato indisturbati

20 Campionatori e classi di qualità dei campioni Classi di qualità dei campioni ottenibili con campionatori diversi A - Campionatore pesante infisso a percussione B - Campionatore a parete sottile infisso a percussione C - Campionatore a parete sottile infisso a pressione D Campionatore a pistone infisso a pressione E Campionatore a rotazione a doppia parete con scarpa avanzata Tipo di terreno Tipo di campionatore A B C D E a) Coerenti poco consistenti Q3 Q4 Q5 b) Coerenti moderatamente consistenti Q3 (4) Q4 Q5 Q5 c) Coerenti molto consistenti Q2 (3) Q3 (4) Q5 * Q5 d) Sabbie fini sopra la falda Q2 Q3 Q3 Q3 (4) e) Sabbie fini in falda Q1 Q2 Q2 Q2 (3) Indicazioni valide per campionamento di alta qualità * In terreni molto consistenti non sempre è possibile ottenere campioni di lunghezza adeguata

21 Prove di laboratorio: riconoscimento e classificazione Peso di volume Peso del secco Contenuto d acqua. Limiti di Atterberg granulometria w R w P w L _ fragile solido plastico fluido IP = w L - w P IC = (w L w P ) / IP Consistenza

22 Classificazione.

23 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova edometrica Deformabilità del campione Rigidezza Preconsolidazione Permeabilità indiretta Consente Calcolo delle deformazioni Rigidezza Poco costosa Sempre affidabile Tempi lunghi Devo indicare il massimo carico da raggiungere ed i carichi per cui rilevare la curva cedimento tempo

24 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova edometrica Curva di compressibilità: - Preconsolidazione - Parametri di deformabilità Cc = - e / lg σ v Cs = - e / lg σ v Ed = σ v / ε v Ed = σ v / ( h/h) 0,740 0,690 0,640 0,590 e 0,540 Grafico e - log s log s 0, dh (mm) Curve cedimento tempo t (min) 0, (kpa) 200 (kpa) 400(kPa) Curve cedimento tempo: Tempi di cedimento Stima indiretta della permeabilità c v = (0,197 x H 2 )/t 50 k = c v γ w / Ed

25 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova di taglio diretto - TG Resistenza a taglio del campione ( c e φ ) di picco e residua Solo resistenza a rottura sul piano di rottura No indicazioni se non qualitative sulla rigidezza Piccolo volume coinvolto Solo drenata ( c φ ) Interpretazione relativamente semplice Nel piano di Mohrτ -σ Devo indicare le tensioni di prova Tempi lunghi per consolidazione e prova Più facilmente realizzabile su campioni complessi?

26 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prova di taglio diretto Prova di Taglio c p = 50 kpa φ p = 21 c r = 0 φ r = τ (kpa) picco res σ (kpa)

27 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prove di compressione triassiale TRX Resistenza a taglio del campione Drenata e non drenata, non residua Rigidezza e moduli de campione alle grandi deformazioni Coinvolto tutto il volume del campione Non predetermino la rottura Posso fare dei percorsi di tensione Interpretazione complessa in due fasi. Individuo il punto di rottura e poi scelgo i parametri, ma devo scegliere il piano in cui lavorare τ σ; t s; q - p Devo indicare le tensioni di prova Devo scegliere le modalità di prova Tempi lunghi per le prove consolidate Difficile da realizzare su terreni complessi

28 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prove di compressione triassiale TRX Piano t s (percorsi delle tensioni) t = (σ 1 - σ 3 )/2 s = (σ 1 + σ 3 )/2 τ = c + σ tag φ t = s sinφ + c cos φ t = s tag α + a ( più facile interpolare) Piano p q (percorsi delle tensioni) q = (σ 1 - σ 3 ) p = (σ 1 + σ 2 + σ 3 )/3 q = Mp (NC) M = 6 sin φ /(3 sin φ ) q = g + h p

29 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prove di compressione triassiale TRX - UU Resistenza non drenata, cu (φu = 0) Rigidezza: modulo Eu (a rottura) Veloce e semplice da realizzare Facile da interpretare 160 Prova UU (σ1-σ3)/2 [kpa] kpa 200 kpa 300 kpa ε (%)

30 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prove di compressione triassiale TRX - CD Resistenza drenata, c e φ Caratteri di compressibilità Rigidezza: modulo E (a rottura) Richiede tempi lunghi per consolidazione e poi per rottura Non facile da eseguire correttamente Difficile interpretare: devo scegliere i valori a rottura nel piano [(σ 1 -σ 3 )/2 ε a ] e tracciare i cerchi di Mohr a rottura o i punti nel piano t-s ed interpolare

31 Prove geotecniche di laboratorio Prove meccaniche Prove di compressione triassiale TRX - CU TRX CU cu e φu ( quali?) c e φ si ma attenzione occorre la misura delle u Caratteri di compressibilità Rigidezza: modulo E (a rottura) Richiede tempi lunghi per consolidazione e poi per rottura Molto difficile da eseguire la misura delle u Non facile da eseguire correttamente Devo interpretare: devo scegliere i valori a rottura nel piano [(s 1 -s 3 )/2 e a ] e tracciare i cerchi di Mohr a rottura o i punti nel piano t - s ed interpolare

32 Prove in sito - SPT Indicazioni sullo stato di addensamento delle sabbie. Indicazioni indirette sull angolo di attrito delle sabbie Solo indicativa per terreni coesivi (al max indicazioni su cu)

33 . Prove in sito - SPT

34 Prove in sito - CPT Indicazioni sulla stratigrafia (resistenza. alla punta e F = q c /r L ) Indicazioni sulla resistenza non drenata Indicazioni sulla densità relativa Indicazioni sull angolo di attrito cu = (q c σ v )/(15-25)

35 . Prove in sito - CPT

36 Altre prove in sito DLPT Pressiometriche (Parametri di deformabilità - formazioni complesse) Scissometriche (cu - terreni teneri) Dilatometro (rigidezza - coefficiente a riposo) Permeabilità in foro

37 Indagini geofisiche - Sismica a rifrazione

38 Indagini geofisiche - Sismica in foro

39 FINE GRAZIE PER L ATTENZIONE