L'input geotecnico nella progettazione di. fondazioni speciali

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1 7-8 ottobre 2011 Palazzo Vermexio, Siracusa L'input geotecnico nella progettazione di Parte Prima: Le Indagini Ing. Umberto Arosio 10/11/2011 1

2 Introduzione Scopo dell Indagine Geotecnica: acquisire parametri per definire l interazione terreno-struttura Ovvero Fornire gli elementi per prevedere il comportamento del terreno quando sottoposto a carichi esterni, ovvero gli input per il dimensionamento della struttura Ottimizzazione degli interventi Mitigazione del rischio di fermi cantiere dovuti a condizioni inaspettate del terreno L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 2

3 Introduzione Definire l assetto topografico Definire l assetto stratigrafico natura delle Unità principali spessori successione Definire le condizioni idrogeologiche numero, natura e disposizione delle falde Definire le proprietà fisiche e meccaniche dei terreni Definire le proprietà chimiche dei terreni e delle acque L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 3

4 Introduzione Indagini distruttive in sito Prelievo di campioni Indagini non distruttive in sito Prove in foro o da superficie senza prelievo di materiale Prove di Laboratorio sui campioni prelevati fisiche/meccaniche, chimiche Onshore e Nearshore Offshore Indagini distruttive Indagini non distruttive Prove di laboratorio Indagini distruttive con limitazioni Indagini non distruttive con limitazioni Prove di laboratorio L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 4

5 Introduzione METODO PRO CONTRO Osservazione diretta Ridotta velocità di esecuzione Campionamento Prove di laboratorio Costi Elevate profondità Disturbo del terreno e ridotto volume di prova Facilità esecutiva No osservazione diretta Prove in Sito Velocità di esecuzione Profondità limitate Costi più contenuti No prove di laboratorio Misura diretta di tutti i parametri Ridotto volume di prova Laboratorio Simulazione di condizioni di carico differenti Difficile riproducibilità delle condizioni al contorno UNA BUONA CAMPAGNA DI INDAGINE DEVE SEMPRE PREVEDERE LA COMBINAZIONE DI PROVE GEOTECNICHE DISTRUTTIVE E NON-DISTRUTTIVE, A CUI SOMMARE EVENTUALMENTE PROVE GEOFISICHE L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 5

6 INDAGINE: Approccio Progettuale (EUROCODE EN 1997) Acquisizione info Elaborazione del Piano di Indagine e Specifiche Tecniche Raccolta dei risultati INPUT Posizione geografica Principali litotipi attesi Condizione idrogeologica attesa Tipologia e caratteristiche principali dell opera altezza, massa Elementi critici dell opera (serbatoi, torce, piperacks..) Principali elementi di geo-rischio (sisma, tsunami, frane, liquefazione) Informazioni da indagini precedenti o siti vicini L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 6

7 ELABORAZIONE PIANO INDAGINI E SPECIFICHE TECNICHE Rif. EN , appendice B Tipologia indagini Numero e posizione Profondità Definizione prove di laboratorio (se previste) Redazione Specifiche Tecniche ESECUZIONE Supervisione e monitoraggio dell indagine L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 7

8 Approccio progettuale alla definizione dell indagine geotecnica da EN L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 8

9 RACCOLTA DEI RISULTATI Misure dirette e indirette di Topografia Assetto idrologico Stratigrafia Resistenza dei terreni Rigidezza dei terreni Caratteristiche chimiche di terreni e acque INPUT PER CARATTERIZZAZIONE E PROGETTAZIONE GEOTECNICA L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/2011 9

10 Fondazioni Speciali Fondazioni speciali: Profondità Sollecitazione a trazione Sollecitazioni a taglio Scavi profondi Dimensionamento tipico agli SLU Indagini profonde, privilegiando la determinazione dei parametri a rottura L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

11 Prove Distruttive Perforazione verticale del terreno finalizzata a: Prelievo di campioni per l osservazione diretta e la sperimentazione in laboratorio Installazione di piezometri Esecuzione di prove in foro L attività è definita da: Metodi di perforazione Metodi di campionamento Rif. Normativo: EN-ISO parti 1 e 2, che recepisce EN 1997 L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

12 Prove Distruttive Scopo: raccogliere campioni di terreno per l osservazione diretta e le prove in laboratorio Elemento di criticità: qualità del campione in funzione del suo utilizzo Rif. Normativo EN L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

13 Drilling method Rotary drilling Hammer driving Equipment Single-tube corebarrel Hollow stem auger Single-tube corebarrel Double-tube corebarrel Triple-tube corebarrel Double/tripletube corebarrel with extended inner tube Drill rods with shell or flight auger Drill rods with hollow chisel Guideline for application and limitations Unsuitable for Preferred method for clay, silt, fine sand, silt B (A) 4 (2-3) clay, silt, sand, organic soils B (A) 3 (1-2) B (A) 4 (2-3) B (A) 3 (1-2) A 1 gravel, cobbles, boulders clay, silt A 2 (1) boulders larger than D e /3 Shell auger or coarse gravel with a particle size larger than D e /3, dense soils, spiral flight auger cohesion-less soils beneath groundwater surface Percussion clay cutter with cutting edge inside; also with sleeve (or hollow stem auger) b Percussive clay cutter with cutting edge outside b Hammer driving linkage with tube sampler coarse gravel, cobbles, boulders non-cohesive soils all soils above water surface, all cohesive soils below water surface B 4 (3) all soils C (B) 5 (4) soils with a particle size larger than D e /3 laminated soil, e.g. varve clay, clayey and cemented composite soils, boulders clay to medium gravel above water surface;cohesive soils below water surface clay, silt and soils with a particle size up to D e /3 C f 5 cohesive soil: A 2 (1) non-cohesive soil: B (A) soils with a particle size larger than De/3 gravel and soils with a particle size up to De/3 B 4 soils with a particle size larger than D e /2 soils with a particle size up to D e /5 Achievable sampling categories f C Achievable quality class 3 (2) 5 Remarks Good interior, outside dried out Only to be used for small depths Plotting of driving chart on the basis of number of impacts Only to be used for small depths Rotary hammer driving Single- or doubletube corebarrel composite and pure sands with a particle size larger than 2,0 mm, gravel, firm and stiff clays clay, silt, fine sand cohesive soil: A 2 (1) non-cohesive soil: B 4 (3) Determinazione del metodo di perforazione e campionamento in funzione della qualità del campione richiesto rif. EN L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

14 Applicabilità e utilizzabilità delle prove in sito (Lunne, 1997) PROVA MATERIALE Rocce dure Rocce tenere Ghiaia Sabbia Limo Argilla Torba DP - C B A B B B SPT - C B A A A A CPT(U) - C C A A A A PBP A A B B B B B SBP - B - B B B B PROVA Prove in Sito PARAMETRI Tipo terreno Profilo f Su Id G 0 OCR DP C B C C C C C SPT A B C C C C C CPT(U) A/B A B B A/B B B PBP B B C B C B C SBP B B B B B A/B B L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

15 Standard Penetration Test (SPT) Si determina la resistenza offerta dal terreno alla penetrazione dinamica di una punta infissa a partire dal fondo di un foro di sondaggio Caduta libera di un maglio di 63.5 kg da un altezza di 760 mm Grandezza misurata: numero di colpi per una penetrazione della punta di 300 mm (Nspt) Rif. Normativo: ASTM a EN-ISO che recepisce EN (Eurocode 7 part 2) L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

16 Standard Penetration Test (SPT) VANTAGGI Eseguibile nel corso di un sondaggio senza l adozione di particolari attrezzature aggiuntive Adatta a tutti i tipi di terreno (escluse le rocce) Consente il campionamento del terreno, a supporto dell interpretazione del risultato Diffusa in tutto il mondo, a esclusione dei paesi ex-urss Abbondante bibliografia interpretativa SVANTAGGI Sollecitazione dinamica del terreno: è possibile solo una correlazione empirica con i parametri statici Forte influenza delle caratteristiche dell attrezzatura e della perizia dell operatore No Offshore L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

17 Standard Penetration Test (SPT) Elemento di criticità: energia trasmessa alla punta Parametro progettuale N 60 N 60 = N spt E r / 60 E r = rapporto di energia specifico del dispositivo utilizzato, pari a E t /E m E t energia teorica (potenziale gravitazionale) E m energia effettiva, misurata strumentando una sezione di asta ad almeno 10d dalla testa di battuta L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

18 Standard Penetration Test (SPT) Altri fattori di correzione: l fattore di correzione per la lunghezza delle aste C n fattore di correzione per lo sforzo verticale efficace in sabbia N 60 = N spt E r l C n / 60 L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

19 Large Penetration Test (LPT) Diametro interno campionatore SPT standard: 35 mm influenza dimensione clasti L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

20 Penetrometrica Dinamica (DP) Si determina la resistenza offerta dal terreno alla penetrazione dinamica di una punta chiusa infissa a partire dal piano campagna Grandezza misurata: numero di colpi per una penetrazione della punta di una lunghezza x prefissata (Nx) Rif. Normativo: EN-ISO TIPO MASSA MAGLIO (kg) MASSA TESTA (kg) CADUTA (mm) MISURA DPL N 10 DPM N 10 DPH N 10 DPSH-A N 20 DPSH-B N 20 L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

21 Penetrometrica Dinamica (DP) VANTAGGI Semplice, veloce, diffusa in tutto il mondo Adatta a tutti i tipi di terreno, in particolare a quelli meno indicati per altre prove penetrometriche (ghiaie e sabbie grossolane) Metodo di infissione analogo a quello dei pali battuti SVANTAGGI Non consente il campionamento del terreno Scarsa bibliografia interpretativa Difficoltà di isolare la componente della resistenza dovuta all attrito laterale delle aste No Offshore L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

22 Penetrometrica Dinamica (DP) Elemento di criticità: energia trasmessa alla punta Geometria: Cono di diametro maggiore delle aste influenza relativa dell attrito laterale funzione del rapporto tra diametro aste e diametro cono, a pari profondità Massa del maglio: da 10 a 63.5 kg Caduta: da 500 a 750 mm m qd r m m con: m g h rd A N 0.1/ N N 0.2 / N d per DPL,DPM, DPH per DPSH q d e r d valori di resistenza in Pa m = massa maglio, in kg m = massa batteria di aste e testa di battuta alla quota considerata, in kg H = altezza di caduta, in m g = accelerazione gravitazionale, in m/s 2 A = area di base della punta conica, in m 2 L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

23 Penetrometrica Dinamica (DP) L utilizzo di misure corrette omogeneizza i risultati ottenuti con apparecchiature differenti,permettendone un confronto significativo L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

24 Cone Penetration Test (CPTU) Si determina la resistenza offerta dal terreno alla penetrazione quasi-statica (2 cm/s) di una punta infissa nel terreno, misurando sia la forza necessaria per la penetrazione della punta che l adesione del terreno a un manicotto d acciaio posto sopra la punta Rif. Normativo: ASTM 3441 (CPT) ASTM 5778 (CPTE/CPTU) ISSMFE International Reference Test procedure for CPT 1989 EN-ISO (CPT) che recepisce EN (Eurocode 7-2) EN-ISO (CPTE/CPTU) che recepisce EN (Eurocode 7-2) Tipo di prova Caratteristiche Grandezza Misurata CPT Punta "meccanica" q c + fs CPTE Punta "elettrica" q c + fs CPTU CPTE con trasduttore di pressione piezometrica q c + fs + u SCPTU CPTU con geofono in punta q c + fs + u + Vs L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

25 Cone Penetration Test (CPTU) CPT: intervalli di lettura 200mm, misura resistenza in superficie CPTE: intervalli di lettura 20mm, misura resistenza in punta/manicotto CPTU: intervalli di lettura 20mm, misura resistenza e u in punta/manicotto SCPTU: intervalli di lettura 20mm, misura resistenza e u in punta/manicotto, sorgente sismica in superficie L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

26 Cone Penetration Test (CPTU) VANTAGGI Consente di isolare attrito laterale e resistenza alla punta CPTU e SCPTU consentono la misura diretta di parametri aggiuntivi e test di dissipazione Buona diffusione Influenza dell attrezzatura e della perizia dell operatore ridotta rispetto a SPT Ampia bibliografia interpretativa Offshore SVANTAGGI Richiede attrezzatura specifica Limitata capacità di penetrazione (tipicamente ton) Non adatta a ghiaie e sabbie addensate L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

27 Cone Penetration Test (CPTU) Elementi di criticità: Velocità di penetrazione, soprattutto in materiali fini (10 v = q c ) Saturazione e posizione trasduttore di pressione nelle CPTU L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

28 Cone Penetration Test (CPTU) Elementi di criticità: Stratigrafia: influenza del materiale attorno e al di sotto della punta Sfera di influenza 2 3d in materiali soffici, fino a 10 20d in materiali consistenti q c* = K c q c2 con: K c = 0.5 (H-1.45) H = spessore strato (in m) L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

29 Cone Penetration Test (CPTU) Prove Offshore: Medi fondali (<100m) Alti fondali (>100m) L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

30 Cone Penetration Test (CPTU) MATERIALE PROVA Rocce dure Rocce tenere Ghiaia Sabbia Limo Argilla Torba CPT - C C A A A A CPTE - C C A A A A CPTU - C - A A A A SCPTU - C - A A A A PARAMETRI PROVA Tipo terreno Profilo f Su Id G 0 OCR CPT B A/B C C B C C CPTE B A C B A/B B B CPTU A A B B A/B B B SCPTU A A B A/B A/B A B Privilegiare CPTE, CPTU in materiali saturi Spinta minima 20t (onshore) Per CPTU e SCPTU privilegiare piezocono tipo u 2 In caso di rifiuto superficiale, prevedere pre-boring L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

31 Conclusione L Indagine Geotecnica va progettata con un approccio analogo a quello usato per la progettazione di un opera, individuandone: Finalità Metodi Tempi e Costi tenendo conto di tutte le informazioni utili alla sua ottimizzazione, e in particolare delle condizioni litostratigrafiche attese e della realtà in cui si va ad operare (affidabilità dei mezzi e delle competenze, disponibilità e affidabilità di laboratori attrezzati,..) E buona pratica combinare diversi metodi di indagine Privilegiare la qualità delle informazioni alla quantità, tenendo però conto che difficilmente si potranno organizzare campagne integrative Terreni diversi vengono indagati meglio da prove diverse: conoscere i limiti e le criticità delle prove e dei campionamenti aiuta a gestire le informazioni raccolte in modo più affidabile L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/

32 Grazie per l attenzione u.arosio@studiogeotecnico.it L Input Geotecnico nella progettazione di Fondazioni Speciali parte 1: le Indagini 10/11/