Caratterizzazione Geotecnica dei Campioni di Terreno Prelevati presso il Complesso Scolastico Stefanacci nel Comune di San Piero a Sieve (FI)

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2 Caratterizzazione Geotecnica dei Campioni di Terreno Prelevati presso il Complesso Scolastico Stefanacci nel Comune di San Piero a Sieve (FI) Diego Lo Presti (Responsabile del Laboratorio) Nunziante Squeglia (coordinatore) Stefano Giusti (sperimentatore) Pisa, luglio 25

3 Caratterizzazione Geotecnica dei Campioni di Terreno Prelevati presso il Complesso Scolastico Stefanacci nel Comune di San Piero a Sieve (FI) Premessa Nel mese di aprile 25, è stato consegnato al Laboratorio Geotecnico dell Università di Pisa un campione indisturbato prelevato presso il complesso scolastico Stefanacci. Nella Tabella 1 sono riassunti i dati identificativi del campione che corrispondono alle sigle riportate nella targhetta della fustella. Tabella 1 Elenco campioni; n Cantiere Sondaggio Campione Profondità 1 San Piero a Sieve S Campagna di prove Al fine di pervenire alla caratterizzazione meccanica dei terreni in oggetto è stata eseguita una campagna di prove di laboratorio consistente in: 1) Classificazione; 2) Edometria (ED); 3) Prova di taglio diretto (TD); 4) Prova di Colonna Risonante (CR) La Tabella 2 riassume le quantità e le tipologie di prova eseguite.

4 Tabella 2 Prove eseguite Tipo di Prova Contenuto d'acqua naturale Peso di volume naturale Limiti di Atterberg Peso specifico dei grani Granulometria ed Aerometria Prova Edometrica Prova di Taglio Diretto Prova di Colonna Risonante Campioni S1 X X X X X X X X Lo stato della fustella e la qualità del campione sono descritti nel foglio di apertura allegato nel prosieguo con la relativa documentazione fotografica. Le condizioni di prova sono indicate nella Tabella 3. Tabella 3 Prove eseguite e condizioni di prova. Campione prof. Tipo di prova codice σ'c [kpa] e Grandezze misurate Note Taglio Diretto 25_TD1_ τ, σ, ϕ', c' S1 C Edometro IL 25_ED1_ M, Cv, k, Cαε Colonna Ris. 25_CR1_ G, D Apparecchiature di prova e norme di riferimento Apparecchiature La prova edometrica è stata eseguita utilizzando un edometro a caricamento dei pesi di tipo frontale. I cedimenti verticali sono stati misurati mediante degli LVDT le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 4. Le pressioni verticali sono desunte dalla conoscenza dei pesi applicati, del

5 braccio di leva e dell area della sezione del provino. In particolare si sono utilizzati provini aventi altezza di 19 mm e diametro di 5 mm. Tabella 4 Edometri. (Sensori) n Grandezza misurata Sensori Marca Precisione Risoluzione Capacità 1 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm 2 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm 3 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm 4 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm 5 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm 6 Variazione di altezza LVDT DS Europe.6 % fs.5 mm 12.5 mm Le prove di taglio diretto sono state eseguite utilizzando tre apparecchiature di marca TECNOTEST modello T665/1 aventi celle a sezione circolare di diametro 63.5 mm ed altezza del provino di 2 mm. La velocità di spostamento orizzontale è variabile con continuità tra 1-5 e 3 mm/min. L acquisizione dei dati, sia in fase di consolidazione sia in quella di rottura, è stata effettuata in modo automatico utilizzando una scheda A/D PCI-MIO16XE-1 National Instruments. I sensori impiegati per la misura delle grandezze di interesse sono riassunti in Tabella 5 con le relative caratteristice tecniche. Le prove sui campioni sono state eseguite secondo le raccomandazioni AGI (AGI 1997). Ogni singolo provino è stato consolidato sotto il prescelto valore di pressione verticale di consolidazione prima di effettuare il primo ciclo di rottura, misurando accuratamente l andamento degli assestamenti verticali nel tempo al fine di stabilire la velocità di spostamento. Tabella 5 Caratteristiche tecniche dei trasduttori utilizzati nelle apparecchiature di taglio diretto. Misure Sensore Capacità Risoluzione Precisione Spostamento orizzontale LVDT RDP 2 mm.2 mm.5 mm Spostamento verticale LVDT RDP 5 mm.5 mm.2 mm Forza orizzontale Cella DS Europe 5 kn.8 kn.1 N Le prove di Colonna Risonante sono state eseguite con un apparecchiatura del tipo fixed-free (modello DRNEVICH) che utilizza un motore elettrico a 4 magneti e 4 avvolgimenti di capacità massima pari a.33 Nm (Soil Dynamics Instruments), innestato direttamente sulla testa del provino. Il motore è comandato da un generatore di funzione BA 311 collegato ad un amplificatore di potenza (TECHPOW 557). La strumentazione di misura è composta dai sensori riportati in Tabella 6.

6 Tabella 6 Colonna Risonante: Sensori Grandezza misurata Tipo di sensori Marca Risoluzione Capacità Variazione di altezza LVDT Schaevitz 3HR.2 mm 1 mm Variazione di volume Volumometro Megaris (*) (*) Accelerazione Accelerometro Columbia (*) (*) Pressione interstiziale Trasd. Pressione Celesco PLC G11 1 kpa (*) Pressione di cella Trasd. Pressione HBM P11.1 bar (*) (*) Fornite dal produttore Completano l apparecchiatura un oscilloscopio (Hitachi V134), un multimetro digitale (FLUKE 8A) ed un frequenzimetro (FLUKE 19A) Nella Tabella 7 sono riassunte le principali caratteristiche dell apparecchiatura di Colonna Risonante. Tabella 7 Colonna Risonante: Caratteristiche Purpose Soil type Apparatus and tools Strain measurement Top and pedestal Rubber membrane Filter paper O-ring Other requirements The deformation characteristics of soils in an isotropic/anisotropic stress state when subjected to cyclic undrained/drained triaxial loading. saturated cohesive soils and sandy soils The axial strain is measured using a LVDT to monitor the aluminium top-cap displacement. Shear strain is measured by monitoring the top rotation with a couple of highresolution proximity transducers. The steel target are fixed onto the top cap. Their correct alignment on the same diameter and their perpendicularity to the sensor is achieved by using an aluminium element appropriately machined. Range, resolution and accuracy of these transducers are respectively 1.5 mm,.6 µm and ±.5 µm, corresponding to top rotation ( θ) of.5 rad, rad and ± rad Porous stones screwed on top cap and bottom base ~.3 mm thick, ~.95D.2.3 mm thick, used for impermeable specimens internal ~.7D, thick 3.53 mm Commercial volume gauge Specimen Test operation & control accuracy Measurement accuracy Diameter, D (mm) Height, H (mm) Accuracy in measuring specimen dimensions An air cylinder fixed to the concrete anchor block provides a vertical consolidation stress. The cylinder transmits the vertical load to the top by means of a steal strand. The maximum obtainable vertical stress is about 3 kpa. A very thin strand does not affect either resonant column or torsional shear test results as is demonstrated by appropriate calibration. 5 mm = 2D Dimension Capacity Resolution Accuracy H.1mm ±.3 mm D.1mm ±.3 mm Weight 12g.1g Trimming method Air pluviation Method of specimen preparation Saturation of specimen Applying high back pressure Back pressure Usually step of 5 kpa up to 2 kpa B-value >.95 Other requirements Cell pressure, σ σ r r = ±.5 kpa u Back pressure, u b = ±.5 kpa b Consolidation period Single amplitude cyclic shear strain γ (SA) Temperature < ±2 C Cell pressure, σ σ r r = ±.5 kpa u Back pressure, u b,u = ±.5 kpa b Pore water pressure u Axial deformation, H H = ±.8 µm Volume change, V The test pause at the consolidation stress until the creep rate falls to.5 %/day. (at least 24 hours for saturated cohesive soils) γ (SA) = <.1 %.1 % (triangular wave)

7 Le apparecchiature, il materiale di prova e le modalità di esecuzione non esplicitamente descritte corrispondono a quanto prescritto dalle norme di riferimento di seguito indicate. Norme di riferimento Le prove sono state eseguite secondo le norme di seguito specificate: Apertura campioni ASTM D4648- Determinazione del contenuto d acqua ASTM D Determinazione del peso specifico dei grani ASTM D854-2 Analisi granulomterica per vagliatura. ASTM C136-1 ASTM D114- Analisi granulometrica per sedimentazione ASTM D (1998) D (22) Determinazione dei Limiti di Atterberg ASTM D4318-; ASTM D2487- Prova triassiale del tipo UU ASTM D285-3a Prova edometrica a incrementi di carico. ASTM D Prova di taglio diretto AGI (1997), ASTM D38-3 Prova di colonna risonante ASTM D415-92(2) Modalità di prova Prova di Colonna risonante La prova di Colonna Risonante (CR) è stata eseguita in condizioni non drenate su un provino di diametro 5 mm e altezza 1 mm consolidato isotropicamente alla pressione verticale geostatica. La saturazione del provino è avvenuta mediante un processo di back-pressurizzazione sino al raggiungimento di valori del parametro B di Skempton superiori a.95. La condizione di risonanza viene ottenuta variando manualmente la frequenza di eccitazione e componendo sull oscilloscopio la tensione eccitatrice e la risposta dell accelerometro. La condizione di risonanza è verificata quando i due segnali sono sfasati di 9. Tale condizione si verifica allorché sull oscilloscopio si visualizza un ellisse. La prova di Colonna Risonante è stata eseguita ed interpretata secondo la norma ASTM D415. In particolare lo smorzamento è stato determinato con il metodo delle oscillazioni forzate e delle oscillazioni libere. Presentazione dei risultati Prove di classificazione Viene allegato il foglio di apertura di ciascuna fustella con relativa fotografia e una tabella riassuntiva dei risultati delle prove di classificazione (Limiti, peso di volume, contenuto d acqua, peso specifico, indice dei vuoti iniziale, grado di saturazione). Inoltre vengono forniti i grafici relativi alle analisi granulometriche. La descrizione fornita su tali grafici fa riferimento alle raccomandazioni AGI (1997). Prova Edometrica Vengono forniti i valori numerici relativi alle dimensioni correnti del provino e le tensioni di consolidazione, nonché i dati riguardanti la provenienza del campione, la profondità del prelievo, il peso unitario iniziale, il contenuto d acqua iniziale e finale.

8 Viene inoltre allegato relativamente alla prova edometrica quanto segue: Le tabelle e grafici deformazione-tempo per ogni gradino di carico; La tabella dei dati finali di tutti i gradini di carico; Grafico tensione-deformazione in scala semilogaritmica; I grafici relativi al coefficiente di consolidazione c v, modulo edometrico M, il coefficiente di permeabilità k; Una tabella riassuntiva dei dati relativi ai grafici indicati nei due punti precedenti Prova di taglio diretto Per la prova di Taglio Diretto (TD) vengono forniti i diagrammi relativi alla curva cedimentitempo, forza orizzontale-spostamento orizzontale, cedimento verticale-spostamento orizzontale e al diagramma τ-σ v. Viene fornita inoltre una tabella riepilogativa con i dati dei provini. Prova di Colonna risonante. Per la prova di Colonna Risonante del tipo LST (Large Strain Test) vengono forniti i grafici G-log(γ) e D-log(γ). Inoltre vengono fornite le tabelle riportanti i valori numerici relativi alle dimensioni correnti del provino ed alle tensioni di consolidazione, nonché i valori di G, D e γ. Le tabelle riportano inoltre i dati identificativi di prova e le condizioni generali di prova.

9 Descrizione campione S1 Cantiere: Com. Villa Collemadina fraz. Corfino Data 21/4/25 Sondaggio S1 Campione - Profondità: da 1. m a: 1.5 m Attrezzatura di sondaggio Rotazione φ... Percussione φ... Elica φ... Attrezzatura di prelievo Parete sottile Parete sottile Continua con pistone senza pistone Parete spessa Carotiere rotativo Curetta/Cucchiaia Modalità di prelievo Percussione Pressione Contenitore del campione Dimensioni del campione Inox o trattato Ferro P.V.C. Lamiera aperta Sacchetto Cassetta Cubica Cilindri < 2" co 3 4" > 4" Cubico < 2 cm 2 4 cm > 4 cm Condizioni del materiale Buone Mediocri Cattive estruso dal campionatore Rammollito Strati piegati Rimescolato Aspetto del campione Argilla e limo con inclusioni ghiaiose di colore marrone chiaro Schizzo Consistenza kg/cm 2 Scissometro Penetrometr o ED TD TD TD CR cm Prove previste

10 Classificazione campione S1 - C1 Foto: DSCN52 Cantiere: San Piero a Sieve (FI) Data: 4/5/25 Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m w N γ γ d G s e w L w P PI (%) (kn/m³) (kn/m³) (-) (-) (%) (%) (%) (1) (1) (1) 2.53 (1) (1) I dati sono forniti con le varie prove. Legenda: w N Contenuto d acqua naturale γ Peso dell unità di volume γ d Peso secco dell unità di volume G s Peso specifico dei grani e Indice dei vuoti iniziale w L Limite liquido w P Limite plastico PI Indice di plasticità

11 Granulometria Cantiere: San Piero a Sieve Data: 2/5/25 Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m CIOTTOLI GHIAIA SABBIA LIMO G M F G M F G M F ARGILLA Diametro dei grani [mm] Passante [%]

12 Prova Edometrica ad Incerementi di Carico (IL) n 25_ED1_165 Peso umido iniziale Peso umido finale Peso secco Altezza iniziale Altezza finale Diametro Peso specifico fase solida, Gs g 76.9 Indice dei vuoti iniziale, e g Grado di Saturazione, S % g Peso di volume iniziale, γ kn/m mm 2. Contenuto d'acqua iniziale, W n % mm Peso di volume finale, γf kn/m mm 5.47 Contenuto d'acqua finale, W f % Peso di volume secco, γ d kn/m Casagrande Taylor Tensioni applicate cedimenti H H ave e M Cv k C αε Cv k [kpa] [mm] [mm] [mm] [-] [MPa] [cm 2 /s] [cm/s] [-] [cm 2 /s] [cm/s] E+.E E+.E E+.E E E-9 3.2E E E E-5 2.1E-1 3.2E E E E-7 2.7E E E E E E E E-2 1.5E E E E E E E E E E-4 2.6E E-3 2.1E E E E

13 .55.5 indice dei vuoti, e [-] tensione efficace applicata [kpa] σ p = 314 kpa Cc =.181

14 3 Modulo Edometrico, M [MPa] tensione efficace applicata [kpa]

15 Coefficiente di Consolidazione, Cv [cm2/s] 1E+ 1E-1 1E-2 1E-3 1E-4 Metodo di Taylor tensione efficace applicata [kpa]

16 1E-6 Metodo di Taylor Permeabilità, k [cm/s] 1E-7 1E-8 1E-9 1E tensione efficace applicata [kpa]

17 cedimento [mm] Incremento da 5 kpa a 1 kpa radice quadrata del tempo [min^.5] cedimento [mm] Incremento da 1 kpa a 2 kpa radice quadrata del tempo [min^.5]

18 ..1 Incremento da 2 kpa a 4 kpa cedimento [mm] radice quadrata del tempo [min^.5]..2 Incremento da 4 kpa a 8 kpa cedimento [mm] radice quadrata del tempo [min^.5]

19 ..1 Incremento da 8 kpa a 16 kpa cedimento [mm] radice quadrata del tempo [min^.5]..1 Incremento da 16 kpa a 32 kpa cedimento [mm] radice quadrata del tempo [min^.5]

20 cedimento [mm] Incremento da 32 kpa a 64 kpa radice quadrata del tempo [min^.5]

21 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 Note: prove con misure resistenza residua Velocità di prova:.14 [mm/min] Provino n σ v consolidazione kpa altezza mm diametro mm H fine consolidazione mm H finale mm γ peso di volume iniziale kn/m Win contenuto d'acqua iniziale % γ f peso di volume finale kn/m Wf contenuto d'acqua finale % Gs peso specifico dei grani S grado di saturazione iniziale % e indice dei vuoti iniziale τ f resistenza a rottura kpa Sf spostamento a rottura mm τ r resistenza residua kpa Note a): b):

22 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO - Consolidazione Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 Diagramma cedimenti vs. tempo Radice T [min] cedimenti [mm] Provino n 1 σ v (kpa) cedimenti [mm] Radice T [min] Provino n 2 σ v (kpa) Radice T [min] cedimenti [mm] Provino n 3 σ v (kpa)

23 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO - Consolidazione Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 Diagramma cedimenti vs. tempo -.25 T [min] -.2 cedimenti [mm] Provino n 1 σ v (kpa) cedimenti [mm] T [min] Provino n 2 25 σ v (kpa) cedimenti [mm] T [min] Provino n 3 5 σ v (kpa)

24 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO - Rottura Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 Diagramma tensioni vs. spostamenti τ [kpa] τ [kpa] Provino n 1 σ v (kpa) ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo spostamento orizzontale [mm] Provino n 2 σ v (kpa) 25 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo spostamento orizzontale [mm] τ [kpa] Provino n 3 σ v (kpa) 5 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo spostamento orizzontale [mm]

25 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO - Rottura Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 Diagramma DH vs. spostamenti H verticali [mm] H verticali [mm] Provino σ v (kpa) 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo spostamento orizzontale [mm] Provino n 2 σ v (kpa) 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo spostamento orizzontale [mm] 25 H verticali [mm] spostamento orizzontale [mm] Provino n 3 σ v (kpa) 5 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5 ciclo

26 RAPPORTO DI PROVA N DATA EMISSIONE 25_TD1_165 - Sondaggio: S1 Campione: - Profondità: m Data inizio prove: 22/4/25 Verbale accettazione: - PROVA DI TAGLIO DIRETTO Norme di riferimento: ASTM D 38 - Raccomandazioni AGI 1994 DIAGRAMMA RIASSUNTIVO τ [kpa] σ'v [kpa] Valori di picco Valori residui σ'v τ Provino σ'v τ kpa kpa n kpa kpa φ' = φ'r = c' = kpa c' = kpa

27 PROVA DI COLONNA RISONANTE n 25_CR1_165 Cantiere: S. Piero a Sieve (FI) Campione: S1 Profondità [m]: Dati generali Massa iniziale Peso unitario umido Peso unitario grani Dati iniziali Diametro provino Altezza provino Consolidazione Diametro provino Altezza provino Pressione di cella g Massa finale g 19.1 kn/m³ Peso unitario secco kn/m³ kn/m³ Contenuto acqua % 5. mm Indice dei vuoti mm Volume cm³ mm Indice dei vuoti mm Volume cm³.288 bar Back Pressure. kpa Coppia Accel. Periodo Freq. σ c V u G D γ [mv] [mv] [ms] [Hz] [ bar ] [cm³] [kpa] [MPa] [ - ] [ % ]

28 6 5 4 G [MPa] g [%]

29 D [-] g [%]