Le misure piezometriche in sito

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1 1 Le misure piezometriche in sito Raccomandazioni AGI (1977): Finalità Profilo stratigrafico Proprietà fisico-meccaniche Misura pressione neutra Permeabilità Verifica impiego analisi e tecnologie Mezzi di indagine Diretti Indiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli) Fori di sondaggio Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche Grandezze misurate Tipo prova σ h0 σ:ε τ:σ Scissometriche F Penetrometriche statiche Penetrometriche dinamiche G Pressiometriche Dilatometriche Geofisiche Piezometri idraulici Celle piezometriche Prove di emungimento Prove di immissione 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) σ h0 Legenda = tensioni orizzontali σ:ε = legame tensio-deformativo τ:σ = resistenza al taglio = impiego ottimale = limitazioni esecutive = interpretazione empirica F = solo terreni a grana fine G = solo terreni a grana grossa

2 2 Tecniche di misura piezometrica in sito Attrezzatura Piezometri idraulici a tubo aperto misura della quota piezometrica h Celle 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)

3 3 Installazione di un piezometro a tubo aperto - I 1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell intercapedine tra tubo e foro

4 4 Installazione di un piezometro a tubo aperto - II 2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione

5 5 Esecuzione di una lettura piezometrica Freatimetro (sondina elettrica con sensore acustico) 3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico... o in foro di sondaggio

6 6 Piezometri idraulici per misure localizzate Piezometro a infissione (GeoNor) Piezometro Bishop (a circuito chiuso) Piezometro Casagrande

7 7 Installazione di piezometro Casagrande 529,00 m RIEMPIMENTO FILTRO TAPPO TAPPO 1,00 1,00 1,30 m RIEMPIMENTO Miscela secca di sabbia cemento e bentonite TAPPO 1,00 FILTRO 0,50 0,50 0,30 0,50 Miscela secca di sabbia cemento e bentonite Bentonite in pellets dmax = 1,5 cm e fluida (sandwich) Sabbia silicea Bentonite in pellets dmax = 1,5 cm Batteria di tubi ( 1.25 cm) Bentonite in pellets dmax = 1,5 cm e fluida (sandwich) giunti esterni Presa con filtro poroso 1,30 m 0,30 0,50 Sabbia silicea

8 8 Piezometro Casagrande: preparazione tubi 1. nastro di teflon 2. giunto 3. silicone 4. nastro adesivo

9 9 Piezometro Casagrande: saturazione filtro Fase da effettuare con tubi già collegati alla presa filtrante!

10 10 Piezometro Casagrande: installazione in foro 1. Getto di sabbia a fondo foro 2. Posa in opera filtro e tubi 3. Bentonite in pellets per tappo impermeabile

11 11 Celle piezometriche trasduttore di pressione piastra porosa Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto piastra porosa La piastra porosa evita l intasamento o l occlusione per effetto dell infiltrazione di particelle solide

12 12 Celle piezometriche: messa in opera 1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro

13 13 Esecuzione della misura piezometrica I tempi di riequilibrio idraulico sono: - proporzionali al volume d acqua in ingresso - inversamente proporzionali alla permeabilità

14 14 Prontezza della misura piezometrica Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico Equazione di continuità: q dt = A dh = A dz z dz Fk dz Fk z Fk q = Fkz = dt dt ln t z A = z = A z A z t z z 0 = e Fk t A Rapporto di equalizzazione Prontezza (t 95 ) -1 h z ε = = 1 = 1 e z z 0 0 A ε = 0.95 Tempo di risposta t95 = ln 0.05 Fk Fk t A 3A Fk profondità, z/z diminuisce con la sezione del tubo A arctan(-fk/a) aumenta con il coefficiente d ingresso F aumenta con la permeabilità del terreno k t 95 tempo, t

15 15 Tipologia di filtri e coefficienti di ingresso

16 16 Scelta del tipo di strumento Il tipo di strumento va selezionato in relazione alle condizioni di sottosuolo ed alla velocità del fenomeno da monitorare Tipo D (cm) Funzionamento Installazione Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggio Casagrande in foro sondaggio* presa localizzata, volumi ridotti Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie A circuito chiuso (Bishop) chiusura idraulica con manometro livelli idrici più elevati del p.c. in foro sondaggio Permeabilità terreni k (cm/s) elevata (> 10 4 ) media ( ) medio-bassa ( ) bassa Celle piezometriche n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* ( ) * anche infisso in terreni fini poco consistenti

17 17 Misura del coefficiente di permeabilità In definitiva, k è influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui: è il parametro geotecnico con maggiore variabilità in natura (k = cm/s) va determinato sperimentalmente con apposite prove In laboratorio In sito edometro piezometri permeametro pozzi

18 18 La misura della permeabilità in laboratorio In laboratorio il coefficiente di permeabilità è misurabile mediante: - Permeametri - Celle triassiali e edometriche (cfr. prove compressibilità) Procedura generale di prova in permeametro di Darcy: 1. Applicare un gradiente idraulico (i=h/l) ad un provino cilindrico di lunghezza l 2. Misurare la velocità di flusso v (portata filtrante Q / area A) 3. Applicare legge di Darcy per ottenere il coefficiente di permeabilità k Q A = v = ki = k h l Q A l h Q

19 19 Prove di permeabilità a carico costante Procedura adatta per terreni a grana grossa Portata effluente regolata dal dislivello H tra i serbatoi di carico e scarico Carico idraulico h misurato in sottili tubi piezometrici Volumi V misurati con buretta graduata a intervalli t regolari Elaborazione Relazione V:t Portata (media) Q V = t Provino cilindrico di altezza l ed area A (>20cm 2 ) Permeabilità k = Ql Ah

20 20 Prove di permeabilità a carico variabile Procedura adatta per terreni a grana fine Abbassamento progressivo del livello idrico h nel tubo (di sezione a) gradiente idraulico h variabile Provino cilindrico di sezione A eventualmente sottoposto a sovraccarico verticale h misurata a intervalli di tempo t regolari Elaborazione Diagramma ln(h):t k Permeabilità al = A ln ( h1 h2) t

21 21 Le misure di permeabilità in sito Raccomandazioni AGI (1977): Finalità Profilo stratigrafico Proprietà fisico-meccaniche Misura pressione neutra Permeabilità Verifica impiego analisi e tecnologie Mezzi di indagine Diretti Indiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli) Fori di sondaggio Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche Grandezze misurate Tipo prova σ h0 σ:ε τ:σ Scissometriche F Penetrometriche statiche Penetrometriche dinamiche G Pressiometriche Dilatometriche Geofisiche Piezometri idraulici Celle piezometriche Prove di emungimento Prove di immissione 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) σ h0 Legenda = tensioni orizzontali σ:ε = legame tensio-deformativo τ:σ = resistenza al taglio = impiego ottimale = limitazioni esecutive = interpretazione empirica F = solo terreni a grana fine G = solo terreni a grana grossa

22 22 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 piezometri pozzi Principio: ottenere il coefficiente di permeabilità (k) dal confronto tra portate (emunte o immesse) e gradienti idraulici Pro e contro Emungimento solo sotto falda, rischio di erosione del terreno ( sovrastima di k) Immissione anche fuori falda, graduale intasamento del filtro ( sottostima di k) (contromisura: eseguire entrambi e mediare i risultati)

23 23 Prove in foro a carico costante Esecuzione (in immissione/emungimento): si misura (p. es. con un contatore) la portata q necessaria per mantenere costante il dislivello idraulico h imposto da una pompa tra foro e terreno Interpretazione q = kfh k = q Fh (F = coefficiente d ingresso)

24 24 Prove in foro a carico variabile Esecuzione (in immissione/emungimento): si registra nel tempo l abbassamento/risalita z del livello idrico nel foro, prodotto da un sovralzo/depressione iniziale Compensazione errori k = k i k e Interpretazione z z 0 Fk t = e A ln z = ln z0 Fk A t per cui k si può ottenere: dalla pendenza locale: k ln( z 1 ) ln( z2) dal coefficiente angolare β della retta di regressione = A F t 2 t 1 ln z k = α βt A = β F

25 25 Esecuzione di una prova di permeabilità in foro Esecuzione delle letture con freatimetro

26 26 Interpretazione di prova di permeabilità in foro 10 Letture altezza acqua nel foro (per diversi livelli iniziali) altezze, h (m) 1 PS1 - ho = 0.55 m PS2 - ho = 9 m 0, tempo, t (min) 0,001 Interpretazione mediante pendenza locale F = ln L 1.5 D ln h k = t 3πL + A F L D L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo 2 coefficiente di permeabilità, k (cm/s) PS1 - ho = 0.55 m PS2 - ho = 9 m 0,0001 0, tempo, t (min)

27 27 Esecuzione di una prova di permeabilità in pozzetto Esecuzione delle letture con asta graduata

28 28 Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto B p.l.f. H z w h 0 H < z w /7 B > d max h 1+ 2 h k = B t h B Letture livello acqua nel pozzetto (B 130 cm) per diversi livelli h 0 iniziali Interpretazione mediante pendenza locale altezza, h (cm) PP1 - ho = 80cm PP2 - ho = 115cm PP3 - ho = 134cm tempo, t (min) coefficiente di permeabilità, k (cm/s) 0,001 0,0001 0,00001 PP1 - ho = 80cm PP2 - ho = 115cm PP3 - ho = 134cm tempi (min)

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