PENDII NATURALI E ARTIFICIALI

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1 PENDII NATURALI E ARTIFICIALI Classificazione del movimento, fattori instabilizzanti, indagini e controlli 04 Prof. Ing. Marco Favaretti Università di Padova Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Marittima, Ambientale e Geotecnica (I.M.A.GE.) Via Ognissanti, Padova Italia Tel: Fax:

2 CONTROLLO E MONITORAGGIO Tutti i metodi di analisi della stabilità di un pendio, basati sul principio dell'equilibrio limite, ignorano completamente la variabile tempo. Pertanto non forniscono indicazioni sulla velocità del movimento, sulla variazione nel tempo del fattore di sicurezza e su fenomeni di rottura progressiva. Di qui la necessità di osservare in situ il reale comportamento della massa ritenuta instabile, al fine di determinare la superficie di scivolamento, le discontinuità dell'ammasso, il regime idraulico in funzione delle condizioni climatiche. Il monitoraggio di una zona instabile è condizionato dal fatto che si operi in una fase antecedente al verificarsi della frana o successivamente all'esecuzione di opere di stabilizzazione. 2

3 CONTROLLO E MONITORAGGIO La strumentazione può essere schematicamente suddivisa in 4 gruppi: 1. controllo dei movimenti del terreno; 2. misura delle pressioni dell'acqua e delle fluttuazioni del livello di falda; 3. misura delle pressioni del terreno e della roccia; misura del tiro degli ancoraggi; 4. controllo delle vibrazioni del terreno. Nel seguito vengono fornite indicazioni su alcuni apparecchi per la misura delle pressioni neutrali e degli spostamenti in profondità del terreno. 3

4 MISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALE I piezometri sono strumenti capaci di misurare la pressione dei pori nei terreni in condizioni di completa o parziale saturazione. I principali requisiti di un buon piezometro sono i seguenti: deve registrare le pressioni interstiziali dell'acqua nel terreno con un margine di errore noto e contenuto entro limiti accettabili l'estremità del piezometro deve causare la minor interferenza possibile nel terreno in cui è infissa Il piezometro deve rispondere velocemente ai cambiamenti delle condizioni ambientali deve poter restare affidabile per un lungo periodo di tempo e le sue parti non devono subire attacchi di sorta 4

5 MISURAZIONE DELLA PRESSIONE NEUTRALE La pressione dell'acqua all'interno dello strumento di misura differisce da quella del propria del terreno circostante; ciò determina un flusso da o verso il piezometro al fine di raggiungere l'equilibrio idraulico. Per conseguire tale equilibrio è necessario un certo intervallo di tempo che è essenzialmente dipendente dalla permeabilità del terreno, dalla forma del piezometro e dal materiale con cui viene costruita l'apparecchiatura di misura. Il tempo di risposta T caratteristico di piezometri di varie forme, installati in terreni di differente natura e considerati incomprimibili, può essere stimato con un diagramma apposito. 5

6 Tempo di risposta 6

7 Tubo piezometrico Il tubo piezometrico (d = mm) è largamente impiegato per misurare il livello delle falde acquifere nei terreni caratterizzati da permeabilità molto elevata (k > 10-6 m/s). Per la sua semplicità ed il suo costo contenuto è di gran lunga il tipo più comune di piezometro. 7

8 Tubo piezometrico La superficie attraverso la quale entra l'acqua è ampia ed il suo tempo di risposta è soddisfacente solo in terreni di elevata permeabilità; le pressioni neutrali di picco (+/-) rimangono solitamente indeterminate, a meno che non si prevedano frequenti letture manuali, anche durante gli eventi temporaleschi. 8

9 SVANTAGGI: Tubo piezometrico la possibilità che terreni stratificati, caratterizzati da differenti pressioni neutrali, vengano messi in mutuo collegamento, con perdita di significato della registrazione. Il tubo deve essere perforato per una lunghezza di almeno 1 m e circondato all'altezza della finestratura da un filtro di materiale granulare. Nel caso in cui il terreno presenti stratificazioni sopra e sotto la finestratura devono essere previsti degli strati sigillanti di bentonite. 9

10 Elemento poroso (lungo circa 300 mm e diametro di circa 38 mm), collegato attraverso 2 tubicini (andata/ritorno) con il piano campagna. Piezometro Casagrande L'elemento poroso viene posto in opera all'interno di uno strato di sabbia/ghiaia e confinato sopra e sotto con uno strato bentonitico. L'aria eventualmente presente viene eliminata immettendo ripetutamente nel circuito acqua attraverso il tubicino di andata. 10

11 Piezometro idraulico a circuito chiuso Presenta un elemento poroso collegato ad una stazione di lettura remota, mediante 2 tubi flessibili di diametro circa 3 mm, nei quali viene fatta fluire acqua disareata. La pressione u alla punta del piezometro è misurata con un trasduttore. VANTAGGI: affidabilità per lunghi periodi di tempo; possibili letture a distanza (1 km); può essere impiegato in terreni parzialmente saturi. La sua installazione richiede cura; l'elemento poroso è posto in un letto di sabbia grossolana e ben pulita e chiuso da un tappo di fango bentonitico. Inoltre la quota più elevata della tubazione di collegamento di collegamento non deve distare più di 5 m dal livello piezometrico misurato, per evitare problemi di cavitazione. La forma dell'elemento poroso è generalmente cilindrica o piatta (discoforme). 11

12 Celle piezometriche Se la permeabilità del terreno si riduce e si desidera mantenere dei tempi di risposta ragionevoli (nell'ordine delle ore) si deve ricorrere alle celle piezometriche, che prevedono l'inserimento di trasduttori di pressione direttamente nel punto di misura. Questi sistemi di misura delle pressioni neutrali si distinguono in: pneumatici, a corda vibrante con estensimetri. 12

13 Presenta al proprio interno un diaframma che viene sollecitato e deformato dalla pressione esterna dell'acqua del terreno; tale pressione può essere determinata applicando sulla faccia opposta del diaframma una pressione uguale e contraria tramite un gas. Quando l'equilibrio tra le due pressioni viene conseguito, si verifica l'apertura della valvola che permette al gas di defluire attraverso un condotto di ritorno fino alla unità di misura e registrazione. Piezometro pneumatico 13

14 Piezometro pneumatico VANTAGGI: semplicità d'uso, precisione e tempo di risposta rapido. Il suo impiego non è consigliabile nel caso di lunghi periodi di osservazione di pressioni negative in terreni parzialmente saturi; la lettura può essere fatta anche a 500 m dalla punta del piezometro e la sua precisione è di circa 0.2 m dell'altezza piezometrica. L'installazione segue le stesse procedure descritte per il piezometro idraulico. 14

15 Piezometro a corda vibrante Prevede al proprio interno un diaframma metallico, che viene deformato dall'azione della pressione neutrale esterna. La misura di questa inflessione viene condotta con un estensimetro a corda vibrante e trasmessa ad un indicatore di frequenza, posto in superficie, tramite un cavo elettrico. Il sensore a filo vibrante ha un eccellente primato di durata e presenta inoltre il vantaggio di poter eseguire misure di frequenza e misure elettriche, più sensibili alle condizioni ambientali. La protezione dalla corrosione del filo è ottenuta sigillando ermeticamente lo spazio e usando materiali non suscettibili di corrosione galvanica. Il problema più comune resta, comunque, il danneggiamento dei cavi, particolarmente in zone di grandi cedimenti. 15

16 Piezometro con estensimetro elettrico Il piezometro con estensimetri elettrici prevede che la misura dell'inflessione del diaframma sia eseguita tramite un estensimetro elettrico a variazione di resistenza. 16

17 Un inclinometro è costituito da una sonda, dotata lateralmente di rotelle, contenente al proprio interno un sensore di inclinazione operante a gravità (pendolo); esso è collegato ad una sorgente di energia e a un unità di lettura e genera un segnale che permette la determinazione dell'angolo fra il tubo guida e la verticale. MISURE INCLINOMETRICHE 17

18 MISURE INCLINOMETRICHE Le misurazioni di inclinazione e profondità della sonda sono usate per calcolare la deviazione orizzontale del tubo guida dalla verticale. Lo strumento misura movimenti del suolo solo in direzione perpendicolare all'asse del pozzo. 18

19 MISURE INCLINOMETRICHE Il metodo di misurazione attualmente più utilizzato prevede l'uso di servoaccelerometri posizionati all'interno della sonda. La sonda può scorrere lungo una guida all'interno del tubo dell'inclinometro per dare direzioni di misurazione ad angoli esatti. Dove si usino due servoaccelerometri, questi possono registrare l'inclinazione del tubo di accesso in due direzioni ad angoli esatti l'una rispetto l'altra. Questa inclinazione può essere indicata in termini di deviazione angolare o di spostamento orizzontale. 19

20 MISURE INCLINOMETRICHE L'inclinometro è uno strumento di precisione e per ottenere da esso la migliore prestazione deve essere posta molta cura nel suo uso e installazione. L'apparecchiatura usata deve essere esaminata ed ispezionata attentamente. L'installazione del rivestimento nel pozzo richiede cura particolare per assicurare un buon contatto fra il materiale di reinterro e la camicia stessa, e per evitare l'entrata di sporcizia attraverso i giunti. 20

21 MISURE INCLINOMETRICHE La procedura più usuale è di trivellare un pozzo di mm di diametro e, quindi, di calarvi all'interno il tubo assemblato. Questo tubo viene chiuso all'estremità da un tappo; i vari spezzoni sono giuntati per mezzo di speciali attacchi d'accoppiamento ed ognuno è rivestito da un nastro al fine di prevenire l'entrata della malta liquida. Il tubo, quindi, viene riempito con acqua per contrastare la spinta idrostatica e l'ingresso di malta liquida. Quando si pensa non sia possibile l'uso della malta liquida, come nel caso di presenza di materiali granulari o falde artesiane, si può ricorrere a sabbia o ghiaia di piccolo diametro. Dopo che è stata immessa la malta, il tubo di accesso deve essere attentamente risciacquato con acqua pulita. Inoltre, il tubo di accesso deve essere chiuso con un tappo per evitare che possa entrare della sporcizia. 21

22 MISURE INCLINOMETRICHE La precisione dello strumento di misura dipende da molti fattori, in primo luogo dal sensore utilizzato, che non deve essere sensibile alle variazioni di temperatura. E' estremamente importante che l'unità sensibile sia calibrata regolarmente. La calibratura implica la regolazione della massima inclinazione possibile e la verifica del dato rilevato. La precisione è funzione dell'inclinazione massima ma è possibile raggiungere risoluzioni di 0.1mm. In qualche caso la corrosione della camicia in alluminio è stato un problema anche dove la stessa era stata trattata con un trattamento epossidico. E' necessario valutare la predisposizione del sito alla corrosione acida e alcalina. Se insorgono dubbi, è preferibile usare un tubo in materiale plastico. 22

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