Misure piezometriche. Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie

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1 Misure piezometriche 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)

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

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

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

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

6 Installazione di piezometro Casagrande 529,00 m RIEMPIMENTO Miscela secca di sabbia cemento e bentonite FILTRO TAPPO TAPPO 1,00 1,00 1,30 m 0,50 0,30 0,50 Bentonite in pellets dmax = 1,5 cm e fluida (sandwich) Sabbia silicea Bentonite in pellets dmax = 1,5 cm RIEMPIMENTO Miscela secca di sabbia cemento e bentonite TAPPO 1,00 FILTRO 0,50 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

7 Piezometro Casagrande: preparazione tubi 1. nastro di teflon 2. giunto 3. silicone 4. nastro adesivo Misure piezometriche Prove permeabilità 7

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

9 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

10 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 Misure piezometriche Prove permeabilità 10

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

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

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

14 Tipologia di filtri e coefficienti di ingresso Misure piezometriche Prove permeabilità 14

15 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 Permeabilità terreni k (cm/s) elevata (> 10 4 ) media ( ) A circuito chiuso (Bishop) chiusura idraulica con manometro livelli idrici più elevati del p.c. in foro sondaggio medio-bassa ( ) Celle piezometriche Misure piezometriche bassa n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* Prove (10 permeabilità ) * anche infisso in terreni fini poco consistenti 15

16 Il coefficiente di permeabilità Il coefficiente di permeabilità (o conducibilità idraulica k) non è un parametro intrinseco del terreno in quanto dipende anche dal fluido e dallo stato del terreno stesso. In linea di principio k si potrebbe esprimere come: k = k γ w µ k = permeabilità assoluta, dipendente solo dal solido poroso γ w, µ w = peso specifico e viscosità del fluido I principali fattori che influenzano k sono quindi: per il fluido la temperatura (da cui dipendono γ w e µ w ) per il solido la granulometria (influenza dimensione e tortuosità degli interstizi) L influenza della granulometria è riflessa dalla relazione empirica per sabbie uniformi: k = c 2 D 10 (k in cm/s, c= , D 10 in mm) w (Hazen, 1911) che evidenzia la dipendenza di k soprattutto dalla dimensione dei granuli più fini! Hanno influenza su k anche: - la microstruttura (k decresce con l attività mineralogica) Espressione di Kozeny - Carman - la porosità (per un dato terreno) k 3 α e γ w = 2 Σ 1+ e µ (α = funzione della microstruttura, Σ = superficie specifica, e = indice dei vuoti) w

17 Il coefficiente di permeabilità: valori tipici Terreni argillosi Terreni sabbiosi

18 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

19 Prove 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)

20 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)

21 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 Interpretazione z z 0 Fk A t = e ln z = ln z0 Fk A t per cui k si può ottenere: dalla pendenza locale: k = 1 ) ln( z2) dal coefficiente angolare β della retta di regressione A F ln( z t 2 t 1 ln z = α βt A F Misure piezometriche Prove kpermeabilità = β 21

22 Esecuzione di una prova di permeabilità in foro Esecuzione delle letture con sondina elettrica

23 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)

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

25 Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto 150 Letture livello acqua nel pozzetto (b 130 cm) per diversi livelli iniziali altezza, h (cm) 100 PP1 - ho = 80cm PP2 - ho = 115cm PP3 - ho = 134cm tempo, t (min) Interpretazione mediante pendenza locale h k = t h b h b coefficiente di permeabilità, k (cm/s) 0,001 0,0001 0,00001 PP1 - ho = 80cm PP2 - ho = 115cm PP3 - ho = 134cm Misure piezometriche tempi (min) Prove permeabilità 25

26 Prove da pozzo con piezometri di controllo Pro e contro: costi elevati; tempi esecutivi lunghi per prove in regime stazionario rappresentative di ampi volumi di sottosuolo; eseguibili anche in falde artesiane richiedono un attenta modellazione analitica del problema Pozzo in falda freatica (confinata inferiormente) k = Q log(r π h ) log(r h )

27 Prove da pozzo con piezometri di controllo Pozzo in falda artesiana k = Q log( r 2πb h h 2 ) log( r1 ) 2 1