Metodo di indagine che consente l ispezione diretta del terreno. Perforazione effettuata nel terreno mediante un attrezzatura denominata sonda

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1 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

2 PERFORAZIONE DI SONDAGGIO La perforazione per eseguire il sondaggio può avvenire tramite 3 tipologie: Sondaggi a elica Sondaggi a percussione Sondaggi a rotazione

3 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: 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 (a) (b)

4 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 Schema dello scalpello frangiroccia Se si esegue un foro di piccolo diametro ( 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

5 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 mm e si possono raggiungere profondità di 60 m Schema della curetta 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)

6 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 mm.

7 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)

8 SONDAGGI A ROTAZIONE Pompa premente Pompa aspirante Vasca di sedimentazione Vasca di sedimentazione Detriti raccolti dal fluido e sedimentati nella vasca Fluido più pulito Fluido più pulito Detriti raccolti dal fluido e sedimentati nella vasca Tubo cavo con utensile disgregatore CIRCOLAZIONE DIRETTA Tubo cavo con utensile disgregatore CIRCOLAZIONE INVERSA

9 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)

10 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)

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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= 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: C p D 2 s D D (a) (b) (c) <15% campionatore a parete sottile >15% campionatore a parete grossa

16 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 L D ) 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: C i Di D D 100 <0,5% per campionatori corti 0,75% 1% per campionatori lunghi

17 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: C a D s D D e e Da De % 3% D e 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

18 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

19 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO REQUISITI GENERALI PER IL CAMPIONAMENTO Tappi in PVC per fustella Paraffina solida Fustella zincata a 4 fori Dimensioni: 88,9x2x63-101x2x70 cm

20 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO 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

21 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

22 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO 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

23 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO 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 Testa con valvola a sfera CAMPIONATORE TIPO "SHELBY" Ø ESTERNO mm. 101, ,9 83 SPESSORE mm. 2 1,5 2 1,5 ATTACCO ASTE LUNGHEZZA TOT. mm PESO Kg. 10,8 10,8 9,0 8,6 Fustella Testa con valvola a sfera Fustella

24 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO CAMPIONAMENTI A PRESSIONE: 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) saldatura Viti di serraggio Allen da 9mm 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) a) b)

25 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO CAMPIONAMENTI A PRESSIONE: 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

26 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO CAMPIONAMENTI A PRESSIONE: 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

27 CAMPIONAMENTI INDISTURBATI O A DISTURBO LIMITATO CAMPIONAMENTI A PRESSIONE: CAMPIONATORI DI TIPO A PISTONE FISSO Esempio: CAMPIONATORE OSTERBERG Campionatore Osterberg Pistone fisso Diametro est. campionatore = 101 mm. Diametro est. fustella = 88,9 mm. Pistone mobile idraulico che fa scendere la fustella interna.