PIEZOMETRI ELETTRICI. Manuale d'uso

Transcript

1 PIEZOMETRI ELETTRICI Manuale d'uso

2 INDICE Introduzione Pag. 4 Descrizione Pag. 5 Saturazione filtri Pag. 6 Controlli preliminari Pag. 7 Installazione Pag. 8 Piezometri Multipunto Pag. 10 Piezometri ad infissione Pag. 12 Piezometri removibili Pag. 12 Esecuzione delle misure Pag. 13 Elaborazione delle misure Pag. 13 Troubleshooting Pag. 15 Servizio manutenzione Pag. 15 Appendice 1 Pag. 16 Le informazioni contenute di seguito sono di proprietà di SISGEO S.r.l. Questo documento è soggetto a cambiamenti senza necessità di notifica ed è soggetto a restituzione su richiesta. Nessuna parte di questo manuale di istruzioni può essere riprodotto in nessuna forma senza il permesso scritto di SISGEO S.r.l. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 2 di 16

3 Note sull utilizzo del prodotto Per un funzionamento sicuro ed efficace del prodotto si raccomanda di leggere attentamente le seguenti istruzioni prima dell utilizzo. Qualsiasi altra forma di impiego, oltre quella descritta nel presente manuale, è da considerarsi a totale responsabilità dell utilizzatore. Lo stesso dicasi per eventuali modifiche non autorizzate. Oltre alle norme qui elencate, l utilizzatore deve ottemperare a quanto previsto dalla vigente legislazione sulla sicurezza e la salute del personale nei posti di lavoro. SISGEO non si riterrà responsabile di inconvenienti, rotture, incidenti, ecc. dovuti alla non conoscenza (o comunque alla non applicazione) delle prescrizioni contenute nel presente manuale. Controllare che il prodotto non presenti danneggiamenti causati dal trasporto. Verificare che la confezione contenga tutti i componenti nonché eventuali accessori opzionali richiesti; nel caso rivolgersi al costruttore. L utilizzatore deve provvedere ad effettuare con cura tutte le operazioni descritte nel presente manuale. L eventuale manutenzione o riparazione dell apparecchio è consentito solo a operatori abilitati e autorizzati. Detti operatori devono essere persone fisicamente e intellettualmente idonee. Per informazioni o ordinazione di parti di ricambio specificare sempre i dati riportati sulla targhetta di identificazione. Nella sostituzione di ricambi, usare esclusivamente RICAMBI ORIGINALI. Il costruttore si riserva il diritto di effettuare modifiche, per qualunque esigenza di carattere tecnico o commerciale, senza l obbligo di notifica. Si cercherà comunque di garantire che i manuali vengano aggiornati in modo da rispecchiare le revisioni funzionali dei prodotti. Simbologia Di seguito vengono riportate le simbologie utilizzate nel manuale per richiamare l attenzione del lettore: Prestare particolare attenzione alle indicazioni seguenti. Identificazione Gli strumenti possono essere identificati: da un lotto di produzione (indicato nel Certificato di Conformità) da un serial number (s/n) inciso in modo indelebile sullo stesso da una targhetta posizionata sullo strumento da una targhetta posizionata sul cavo. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 3 di 16

4 Introduzione Chiusino Bentonite Piezometro Pannello di misura Cavo elettrico Sabbia Piezometro Bentonite I piezometri elettrici trovano largo impiego nell ingegneria civile e delle fondazioni, per il rilievo della quota delle falde acquifere e per la misura delle pressioni interstiziali. I piezometri elettrici, chiamati anche a circuito chiuso, sono installati in perforazioni, in opere in terra oppure direttamente per infissione, se le caratteristiche del terreno lo consentono e si dispone di adeguate attrezzature di spinta. Principio di funzionamento: la membrana di cui sono dotati si deforma a causa della pressione dell acqua causando una variazione proporzionale di un segnale elettrico misurato con un sistema di misura. SISGEO utilizza due tipi di sensore: A corda vibrante Estensimetrici Nei piezometri a corda vibrante (VW) la deformazione della membrana provoca una variazione della tensione di un filo di acciaio (la corda) teso fra la membrana stessa e il corpo dello strumento. La frequenza propria di vibrazione viene rilevata da uno strumento di misura. Questo tipo di strumenti, inoltre, incorpora un termistore per la misura della temperatura. I piezometri estensimetrici sono dotati di una membrana ceramica sulla quale sono stampati degli estensimetri che variano la propria resistenza e di conseguenza il segnale elettrico, in funzione delle deformazioni della membrana dovute alla pressione dell acqua. I piezometri VW assicurano elevata affidabilità per misure a lungo termine; quelli estensimetrici consentono elevati isolamenti (utili ad esempio in impianti industriali) e la possibilità di eseguire misure dinamiche. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 4 di 16

5 Descrizione Il piezometro elettrico è composto da: 1. Corpo cilindrico in acciaio inox 2. Camera idraulica 3. Tappo portafiltro e filtro 4. Sensore di misura (membrana) 5. Termistore per la misura della temperatura (solo modello VW) 6. Cavo elettrico per il collegamento alla centralina di misura 7. Punta conica (modello ad infissione) 8. Manicotto di spinta recuperabile (modello ad infissione) 9. Punta conica (modello removibile) Il filtro è un elemento importante e la sua scelta è funzione dell uso e del tipo di terreno. I filtri in acciaio sinterizzato o in vjon hanno una porosità di circa 40µm, sono detti a basso Air Entry (LAE) e si usano per impieghi normali. In sito è facile eseguirne la saturazione. I filtri in ceramica hanno una bassa porosità e sono in grado di mantenere la saturazione della camera idraulica anche se sottoposti a pressioni negative (suzione), per questo sono impiegati quando i piezometri possono restare in condizioni asciutte per periodi di tempo rilevanti. I filtri ceramici sono anche detti ad alto Air entry (HAE). Per questo tipo di filtri l operazione di saturazione è delicata e va eseguita con un apparecchiatura idonea. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 5 di 16

6 Saturazione filtri Modalità di saturazione e montaggio dei filtri La saturazione dei filtri ha lo scopo di rimuovere l aria presente nei pori del filtro e di sostituirla con acqua in modo da avere una risposta alle variazioni di pressione più veloce e misure più accurate; inoltre, impedisce alle particelle di terreno di occludere i pori del filtro. L air entry è definita come la pressione necessaria a forzare aria attraverso un filtro poroso perfettamente saturo. Questa grandezza è di comune utilizzo nel settore geotecnico ed è proporzionale sia al diametro dei pori che al tipo di fluido utilizzato per la saturazione. Valori tipici di basso air entry sono quelli compresi tra 3 e 30KPa mentre valori tipici di alto air entry sono quelli superiori a 100KPa. SISGEO consiglia di eseguire la saturazione in sito poco prima dell installazione. Filtri a basso air entry (LAE) Generalmente si deve lasciare il filtro in un contenitore pieno d acqua per almeno 24 ore. La saturazione risulta migliore se l acqua è stata precedentemente degasata portandola ad ebollizione per almeno 10 minuti e poi lasciata raffreddare. Munirsi di un secchio con acqua pulita Immergere il portafiltro con il filtro Immergere il piezometro girato verso l alto e riempire la camera idraulica Avvitare il portafiltro sul piezometro lavorando sott acqua. Seguire le stese operazioni di montaggio nel caso di filtri già saturi forniti da Sisgeo Filtri ad alto air entry (HAE) utilizzando il saturatore SISGEO Disaerare il fluido che si vuole usare, generalmente acqua distillata, per bollitura o sotto vuoto fino alla scomparsa delle bolle d aria. Riempire il saturatore Avvitare il portafiltro con il filtro sul saturatore Avvitare lentamente la manopola del saturatore fino a leggere il valore di circa 3.5Bar sul manometro. Attendere finché la superficie del filtro non sarà imperlata di gocce di fluido. Svitare il portafiltro ed avvitarlo sul piezometro lavorando in immersione in un secchio pieno d acqua. Nel caso di filtri HAE e per strumenti aventi basso fondo scala (<200kPa), è necessario, durante il montaggio sopra descritto, collegare il piezometro ad una centralina di misura per tenere sotto controllo la pressione indotta ed avvitare lentamente il tappo portafiltro sul piezometro in modo da permettere all acqua di fuoriuscire dallo strumento impedendo la formazione di sovrappressioni che potrebbero danneggiarlo. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 6 di 16

7 Saturazione e montaggio filtri nei piezometri SLIM (cod. PK20xxx) Per la saturazione seguire quanto detto nel paragrafo dei filtri LAE. Per il montaggio spingere e ruotare il portafiltro sul corpo del piezometro. Nel caso di filtri HAE l operazione richiede alcuni minuti. La saturazione è riuscita quando il liquido fuoriesce dal filtro. Per strumenti aventi basso fondo scala (<200kPa), è necessario collegare il piezometro ad una centralina di misura per tenere sotto controllo la pressione indotta ed inserire lentamente il tappo portafiltro sul piezometro in modo da impedire la formazione di sovrappressioni che potrebbero danneggiarlo. Controlli preliminari Prima di installare lo strumento si deve controllarne la funzionalità collegandolo ad una centralina di misura (vedi Esecuzione delle misure ) Il valore letto dovrà essere simile al valore di zero espresso nel Certificato di Taratura. Si devono però tenere in considerazione le possibili differenze dovute alla quota, alla pressione barometrica e, nel caso del modello VW, anche della temperatura. Operazione eseguibile con filtro saturato o meno. Ricordiamo che il Certificato di Taratura riporta le condizioni al momento della prova ed è realizzato alla quota di 115m s.l.m.. La pressione atmosferica diminuisce indicativamente di 0.1kPa ogni 10m di altezza. Per il modello VW si consiglia di lasciarlo stabilizzare termicamente per almeno 20 minuti prima di rilevare il valore. Le differenze ammissibili tra il valore misurato e quello espresso dal certificato di calibrazione, a parità di condizioni, sono: modello estensimetrico:±1% del fondo scala =0.16mA modello VW: ±100digits Per bassi valori di fondo scala, è opportuno tenere in considerazione il valore di pressione barometrica. Infatti su un trasduttore da 0,2MPa una variazione di pressione barometrica di 50mbar (0,005MPa) è pari al 2,5% del fondo scala (1 millibar è 1cm di altezza d acqua). SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 7 di 16

8 Installazione Installazione in fori di perforazione Le modalità di installazione devono essere definite in funzione dei terreni e delle finalità delle misure. In generale si può indicare la seguente procedura. I fori possono essere eseguiti a distruzione o a carotaggio. Si consiglia sempre la stabilizzazione delle pareti con una tubazione di rivestimento provvisoria, di diametro interno non inferiore a 85mm (1 piezometro per foro), 110mm (2 piezometri per foro), mentre è da evitare l utilizzo di fanghi. Se si devono installare due piezometri nello stesso foro si faranno due filtri e due tappi ponendo attenzione alla stratigrafia e allo spessore degli strati. SISGEO consiglia di non mettere più di due piezometri per foro. Per la stabilizzazione del fondo foro, in assenza di falde artesiane, si dovrà mantenere il livello dell acqua entro la perforazione un poco al di sopra del piano campagna. Tale accorgimento va adottato anche durante le diverse fasi dell installazione. Dovranno essere disponibili: scandaglio, pestello, palline di bentonite, secchio. Di seguito la sequenza schematica per l installazione. Rivestimenti Tappo di bentonite ~100cm ~50cm ~70cm Piezometro Sabbia SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 8 di 16

9 Di seguito alcuni semplici suggerimenti: Identificare sul cavo del piezometro la profondità di posa partendo dalla posizione della membrana incisa sul corpo in acciaio. eseguire una misura di controllo del piezometro prima, durante ed al termine dell installazione. lavare accuratamente il foro finchè non fuoriesce acqua pulita. riempire il sacchetto di geotessuto con sabbia ed inserirvi il piezometro con il filtro saturato; mettere tutto in un sacchetto pieno d acqua ed immergerlo nei tubi di rivestimeno pieni d acqua. Rompere il sacchetto, estrarre il piezometro e calarlo lentamente. Tutte le operazioni vanno effettuate sempre sott'acqua. sabbia fine o ghiaietto = circa 2mm. realizzare il tappo di bentonite a più riprese (circa 25 30cm per volta). Compattare con un pestello. Prestare attenzione al cavo. Verificare con lo scandaglio la consistenza del tappo e la quota raggiunta. percentuali indicative per la realizzazione della miscela cementizia: 100l di acqua, 50Kg di cemento e 5Kg di bentonite non lasciare tratti di cavo scoperto in modo da evitare danneggiamenti accidentali e proteggere sempre la parte terminale da umidità. In presenza di uno strato di terreno impermeabile superiore alla falda in misura, è opportuno che il tappo di bentonite sia realizzato all altezza dello strato stesso in modo da ripristinarne la continuità. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 9 di 16

10 Negli ultimi tempi a seguito di studi del settore sta prendendo piede un nuovo metodo di installazione chiamato fully grouted. Tale metodo molto facile e veloce non prevede l uso di ghiaia e bentonite per la creazione delle zone di filtro e tappo, ma una miscela acqua-cemento-bentonite su tutta la profondità del foro, in proporzioni opportunamente studiate in funzione dell installazione. La miscela viene iniettata direttamente nella perforazione. Questo consente inoltre di poter installare più piezometri in uno stesso foro ed anche di installare i piezometri in abbinamento ad un tubo inclinometrico. Indicativamente le proporzioni in peso della miscela cementizia sono: cemento 1, acqua 2.5, bentonite 0.3 Consigliamo di miscelare prima acqua e cemento e solo dopo aggiungere la bentonite. Le misure sono da ritenersi operative non prima di 28 giorni. Questo metodo di installazione ben si presta con l uso del piezometro multi punto per cui è possibile installare fino a 8 piezometri nello stesso foro. P1 P2 P3 SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 10 di 16

11 Installazione in opere in terra I piezometri possono essere installati in rilevati compattati o in dighe in terra per misurare la pressione interstiziale durante la costruzione e l'esercizio. I vuoti del materiale non saturo compattato contengono sia acqua che aria e nei terreni a granulometria fine la differenza di pressione dell'acqua interstiziale rispetto all'aria può essere rilevante. Per rilevati costruiti in argilla i piezometri devono essere dotati di un filtro con alto "air entry" per assicurare la misura della pressione dell'acqua e non dell'aria. In materiali granulari come sabbia, ghiaietto e rockfill si può invece usare un filtro più permeabile. Procedere come segue: Piezometro Materiale di riempimento compattato a mano Cavo controllare il piezometro prima, durante e dopo l installazione. realizzare una trincea larga circa 50cm e profonda circa 30-40cm saturare il piezometro come descritto precedentemente. Se installato in materiale grossolano, infilarlo nel sacchetto di geotessuto riempito con sabbia. Se il piezometro ha un filtro ad alto "air entry" e va installato in terreno non saturo, montare solo il filtro e non usare il sacchetto in geotessuto in terreno grossolano scavare all interno del terreno compattato, una buca e posarvi il piezometro. Chiudere la buca con il materiale compattandolo a mano; nel caso di rilevato costituito da materiale a grossa pezzatura, si consiglia di richiudere la buca con sabbia satura compattata a mano; se l'installazione è in terreni non saturi, infiggere il piezometro nella parete della trincea o in alternativa, fare un piccolo preforo e quindi infiggere il piezometro; stendere il cavo elettrico all interno della trincea con andamento a serpentina, per evitare rotture dello stesso durante la fase di assestamento del terrapieno. Se il materiale del rilevato è grossolano, proteggere il cavo anche con un conduit; coprire il cavo con materiale fine a strati successivi di 5-10cm ciascuno e compattarlo a mano; disporre delle palline di bentonite a intervalli regolari lungo il cavo, in modo da impedire la migrazione dell acqua, specie per dighe in terra, e compattare a mano. identificare la posizione del piezometro e proteggere la parte terminale del cavo da infiltrazioni d acqua. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 11 di 16

12 Installazione piezometro ad infissione Il piezometro elettrico ad infissione, sia ceramico che a corda vibrante, è una versione speciale idonea ad essere infissa direttamente in terreni soffici. L attrezzatura di perforazione o il penetrometro statico devono poter serrare le aste di spinta in modo radiale. In caso contrario è necessaria un asta che abbia una scanalatura che permetta l uscita del cavo. Per l installazione procedere nel seguente modo: preparare lo strumento seguendo le normali procedure; proteggere il terminale del cavo con nastro ed infilare il tubo di spinta montato sulla prima asta; L infissione può avvenire dal fondo del foro di sondaggio oppure dal piano campagna. Miscelatore Pozzetto Piezometro ad infissione Asta di spinta Bentonite Miscela cementobentonite se si tratta di installazione da fondo foro, calare la batteria di aste con il piezometro fino al fondo. collegare il piezometro alla centralina di misura e controllare in continuazione, durante l infissione, i valori di sovrappressione indotti dalla penetrazione per evitare danni al sensore. Eventualmente fermarsi ed attendere per far dissipare l eccesso di pressione; infiggere sino alla quota voluta; scollegare il piezometro; proteggere il terminale del cavo con nastro e sfilare tutte le aste evitando di tirare il cavo elettrico; collegare il piezometro e verificarne il buon funzionamento. Ritombare il foro con palline di bentonite o miscela di acqua, cemento e bentonite. attendere sino a quando i valori si saranno stabilizzati (cioè quando la sovrappressione sarà dissipata) per rilevare la misura di zero. Installazione piezometro removibile con punta conica calare il piezometro ed i relativi pesi all interno del tubo, sostenendoli per mezzo del cavetto in kevlar che si trova all interno del cavo elettrico. innestarlo nella sede della cella filtrante (precedentemente installata). Se la cella filtrante è del tipo a doppio tubo è necessario calare nel tubo da ½ l asta in acciaio con tappo conico e O-ring, usando il cavetto in acciaio. SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 12 di 16

13 Esecuzione delle misure Le misure manuali sono effettuate collegando i conduttori ad una centralina di misura secondo il seguente schema: Piezometri estensimetrici segnale 4-20mA current loop Piezometri a corda vibrante (VW) Per i piezometri multipunto: Rosso Nero Rosso Nero Bianco Verde + Loop - Loop VW VW Termistore Termistore VW VW Termistore Termistore P1 Marrone Bianco/Marrone Nero Rosa/Nero P2 Giallo Bianco/Giallo Grigio Bianco/Grigio P3 Nero Blu/Nero Rosa Bianco/Rosa P4 Rosso Bianco/Rosso Nero Bianco/Nero P5 Viola Bianco/Viola Nero Giallo/Nero P6 Arancio Bianco/Arancio Nero Rosso/Nero P7 Blu Bianco/Blu Verde Bianco/Verde P8 Celeste Bianco/Celeste Bianco Verde/Bianco Evitare di separare i conduttori per non confonderli tra loro. Nota: per ottenere misure affidabili, con piezometri con segnale in ma, si consiglia di rispettare un tempo di warm up non inferiore a 10 secondi. È possibile eseguire misure automatiche collegando lo strumento ad un sistema di acquisizione dati. Elaborazione delle misure Le seguenti formule permettono di convertire le misure elettriche in valori ingegneristici: Fattore linearel ing = L ele /S [kpa] Fattore polinomialel ing = (L ele 2 x A) + (L ele x B) + C [kpa] L ing = lettura ingegneristica L ele = lettura elettrica S = fattore di sensibilità A, B, C = fattori di conversione polinomiale I fattori S, A, B, C sono riportati sul certificato di taratura. Le letture di esercizio devono essere riferite alla lettura iniziale (lettura zero). P kpa = L i - L 0 L 0 = Lettura zero [kpa] L i = Lettura di esercizio [kpa] SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 13 di 16

14 La lettura di zero deve essere rilevata accuratamente ad installazione terminata e strumento operativo. Per molte applicazioni occorre attendere anche più giorni per ottenere un valore di zero attendibile. Consigliamo di eseguire misure ravvicinate nel tempo per poter stabilire l esatto punto di partenza. Esempio Piezometro 700kPa (letture digits) S = digit/kPa A = e-07; B =-1.955e-01; C =1.886e+03 L 0 = 7357digit ; L 1 = 6667digit Usando: Fattore lineare (L 1-L 0)/S : ( )/ = Fattore polinomiale [(L 1 2 x A)+(L 1x B)+C] [(L 0 2 x A)+(L 0x B)+C]= = kPa Misura della Temperatura Se si utilizza una centralina SISGEO la temperatura viene letta direttamente in C. Qualora si misurasse il valore di resistenza del termistore, lo si dovrà convertire utilizzando la formula o la tabella riportate in Appendice 1. Nel caso in cui il piezometro VW sia installato in un ambiente a temperatura non costante, è necessario effettuare una correzione del valore di pressione precedentemente calcolato. L equazione è la seguente: dove: P T = pressione corretta T i = temperatura di esercizio; T 0 = temperatura di zero; P T = (T i - T 0 ) K K = coefficiente di temperatura(riportato sul certificato di taratura del piezometro) La correzione così calcolata deve essere sommata alla pressione trovata con la formula precedente. Esempio K= kPa/ C Ti=28 C ; T0=15 C PT=(28-15) x = 2.006kPa Ptot = = kPa P tot = (P + P T ) SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 14 di 16

15 Troubleshooting Data la particolare applicazione, l analisi dei malfunzionamenti è da ricercarsi lungo il cavo. Piezometri a Corda Vibrante: Problema Possibile causa Soluzione Misura instabile Schermo non collegato Collegare lo schermo Corda non rilevata Campi elettromagnetici nelle vicinanze (motori, generatori, antenne radio, saldatrici, linee ad alta tensione ) Messa a terra non ottimale Cavo tagliato o danneggiato. Misurare la resistenza tra i conduttori Rosso e Nero (150Ω ± 10%). Tenere in considerazione la lunghezza del cavo. La resistenza del singolo conduttore, per il modello 0WE116000, è di circa 88 Ω/km Collegamenti errati Allontanare la causa del problema. Provvedere ad una efficace messa a terra Riparare il cavo. SISGEO può fornire i kit per la riparazione. Eseguire i collegamenti corretti Piezometri estensimetrici Problema Possibile causa Soluzione Misura instabile Misura 0mA Misura overrange Collegamenti errati Cavo tagliato o danneggiato Eseguire i collegamenti corretti Riparare cavo. Sisgeo può fornire il kit di riparazione. Servizio manutenzione L'assistenza post vendita sui prodotti SISGEO relativa a calibrazioni, manutenzioni e guasti, è effettuata presso SISGEO. L'invio del materiale per le suddette attività avviene tramite richiesta di RMA "Return Manufacturer Authorization" sul nostro sito Se possibile, si consiglia di spedire il set completo di accessori. Il materiale dovrà essere inviato con imballo idoneo in porto franco (spese di trasporto a carico del mittente) a : SISGEO S.r.l. Via F. Serpero, 4/F MASATE (MI) Alla c.a. : Ufficio Assistenza Tecnica Sul documento di trasporto (DDT) obbligatorio, dovrà essere indicato il codice di autorizzazione ricevuto (RMA). Proteggere la strumentazione da urti durante la spedizione utilizzando adeguati contenitori o, ancora meglio, gli involucri originali. assistenza tecnica: assistance@sisgeo.com SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 15 di 16

16 Appendice 1 CONVERSIONE RESISTENZA TEMPERATURA Equazione di trasformazione dalla resistenza del termistore alla temperatura: Dove: T= temperatura in C LnR= Logaritmo naturale della resistenza del termistore A= x10-3 (coefficente calcolato da -50 a +150 C) B= 2.369x10-4 C=1.019x10-7 Ohms Temp Ohms Temp Ohms Temp Ohms Temp 16.60K K K K K K K K K K SISGEO S.r.l. Piezometri elettrici_it_ 00_12 Pagina 16 di 16