Pressiometro da foro (Menard)

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1 Pressiometro da foro (Menard) Attrezzatura 1. Sonda cilindrica espandibile da fondo foro per immissione di gas o liquido. Sistema di aste 3. Dispositivi di pompaggio e misura pressioni + volumi di fluido immesso Dimensioni sonda: diametro d = 58 mm lunghezza L = 350 mm

2 Pressiometro autoperforante (SBPT) Provvisto di utensile disgregatore che rimuove un volume di terreno pari a quello della sonda

3 Prova pressiometrica (PMT): esecuzione 1. Immissione di liquido in pressione. Misura di variazioni di volume fase di contatto con le pareti del foro Limitazioni esecutive Instabilità foro e difficoltà di ottenimento resistenza in terreni a grana grossa

4 u u k v r v h σ σ = σ σ = ' ' r r d d G ε σ = 1 v u L r c p ε σ ln + = Prova pressiometrica: interpretazione 1. tensione orizzontale σ r0 =p 0 coefficiente di spinta a riposo k 0. curva tensione-deformazione (σ r : ε r ) rigidezza tangente G 3. curva σ r : ε r pressione limite p L e resistenza non drenata c u Modello: equilibrio della cavità cilindrica indefinita (p = σ r ; ε v = ε r )

5 Prova dilatometrica (DMT) Attrezzatura piastra laminare con membrana espandibile, infissa da superficie Dimensioni lama ("pala"): larghezza = 95 mm spessore = 14 mm diametro membrana = 60 mm

6 Prova dilatometrica: esecuzione Sistemi di infissione: Ogni 0 cm di penetrazione, si immette gas in pressione misurando pressioni e spostamenti Limitazioni esecutive: - difficoltà di penetrazione in terreni addensati - interpretazione empirica p 0 inizio espansione membrana p 1 corrispondente ad un espansione di 1.1 mm p ritorno alla condizione iniziale

7 Prova dilatometrica: interpretazione Modello piastra circolare su semispazio elastico s=1.1 mm p 1 S ( r) = R P 1 ν π E 1 r R. Modulo dilatometricoe d E d E = 1 ν = ( p p ) 1 0 (per r=0; R= 60 mm) 1. Coefficiente dilatometrico K d K d = p σ 0 v0 u u coefficiente di spinta a riposo k 0 3. Indice di materiale I d I d = p1 p p u 0 0

8 Equilibrio dinamico del mezzo elastico Equazioni indefinite di equilibrio dinamico (ρ = γ/g) Legame costitutivo elastico lineare (relazioni di Navier) Costanti elastiche: u ρ t v ρ t w ρ t = = = σ x τ x xy x τ x zx τ σ xy y τ y y zy y τ z τ xz yz z σ z z + σ σ σ x y z = λ ε = λ ε = λ εv + G ε τyz = G γ τ τ zx xy v v + G ε + G ε = G γ = G γ yz zx xy x y z λ ν E λ = (1+ ν)(1- ν) G = E (1+ ν) E(1- ν) G = = E (1+ ν)(1- ν) + ed Propagazione di due perturbazioni: ε ρ t v = ( λ + G) ε v = + + x y z onda di deformazione volumetrica (o onda P) con velocità V P = E ρ ed E ed = ρ V P γ ρ t ij = G γ ij { ij = xy, yz, zx } onda di deformazione distorsionale (o onda S) con velocità VS = G ρ G = ρ V S

9 Meccanismi di propagazione delle onde Propagazione delle onde di volume (P e S) Onda di superficie o di Rayleigh (R) εv = g(v Pt +s)+h(vp t -s) γ xy = g(vs t +s) + h(vs t -s) Se la perturbazione è un armonica di frequenza f, si propagherà nello spazio con periodo (lunghezza d'onda) λ P = V P f λ S = V S f Le onde R si generano: alla superficie di un semispazio all interfaccia tra due strati ed hanno V R V S

10 Metodi di indagine sismica in sito Principio: - generare onde di volume o di superficie con una sorgente polarizzata - registrare gli effetti con uno o più ricevitori (geofoni) - ottenere le velocità di propagazione delle onde P, S, R nel terreno Esempi di sorgenti impulsive Registrazioni tempi di arrivo delle onde per distanze variabili dromòcrone

11 Prospezioni sismiche di superficie Metodo a riflessione onda diretta: onda riflessa: spessore e velocità strato superficiale Metodo a rifrazione onda rifratta: spessore e velocità strato superficiale + velocità substrato

12 Esecuzione di prove di rifrazione con onde S Attrezzatura: 1. sorgente polarizzata trasversale. batteria di geofoni orientati 3. registratore multicanale Interpretazione: dromocrone velocità e spessori di strati successivi

13 Metodi di indagine sismica da foro Metodo Down-Hole (DH) Scopo: registrare gli arrivi di onde S a profondità variabili. La sorgente è superficiale, i ricevitori (in numero di uno o più) sono posizionati all interno di un foro. Metodo Cross-Hole (CH) Scopo: registrare gli arrivi di onde S a profondità variabili. La sorgente è in foro, i ricevitori (in numero di uno o più) sono posizionati in altrettanti fori.

14 Prove sismiche in foro: Down-Hole Down-Hole (DH) Esempio di acquisizione: Inversione polarità sorgente: sorgente orizzontale ad impatto necessario un solo foro ampiezza onde attenuata con z

15 Esempio di allestimento prova Down-Hole sistema acquisizione sorgente onde S distanza m piastra verticale infissa trigger martello cavo geofono + tubo aria compressa foro 100 mm con tubazione PVC 80 mm geofono con + velocimetri hz + 1 verticale

16 Intepretazione di prova DH a 1 ricevitore Tempi diretti V S media tra 0 e z V S = z + x t Tempi equivalenti t * = z d t = z z + x t V S ad ogni profondità z * z VS = * t Inversione: identifica, per successive iterazioni, il profilo di V S che fornisce la spezzata t * :z che meglio approssima le misure sperimentali Tempo, t (sec) E E E tempi di viaggio corretti, t* (sec) y = x R = Velocità dell onde di taglio, Vs (m/s) CARDITELLO E-0.363E E E E E E E-0 profondità, z (m) y = 48.x R = 0.98 profondità, z (m) E E E E E strato 1 strato strato 3 y = x R = CARDITELLO 16.0 inversione (7 st - bis) interpolazione t*

17 Il dilatometro sismico (SDMT) Dilatometro Marchetti 'classico' (DMT) + geofoni = dilatometro sismico interpretazione mediante velocità d'intervallo (sfasamento del segnale tra i due ricevitori)

18 Risultati di una prova con il SDMT Parametri misurati tradizionalmente Profilo di V S in buon accordo con prove Cross-Hole

19 Il piezocono sismico (SCPT) Schema di esecuzione Automezzo per trasporto e contrasto Punta con trasduttori

20 Risultati di una prova con il SCPT Parametri misurati tradizionalmente

21 Prove sismiche in foro: Cross-Hole Cross-Hole (CH) Variante con ricevitori (e 3 fori): permette di leggere i tempi di intervallo e di applicare l analisi di Fourier Tempi di arrivo sorgente 1 e ricevitore: sorgente verticale ad impatto necessari almeno due fori ampiezza onde indipendente da z Prove a espansione e geofisiche 1

22 Profili di velocità da prove sismiche in foro In presenza di strati deformabili intrappolati tra terreni più rigidi, la prova DH può addirittura risultare più affidabile della prova CH Prove DH e CH nei terreni piroclastici di Poggioreale (zona E di Napoli)

23 Indagini geoelettriche Principio: - generare un campo elettrico nel sottosuolo con coppie di generatori ( dipoli ) - registrare gli effetti con uno o più misuratori di corrente ( galvanometri ) - ottenere le resistività elettriche ρ a distanze ( spessori) variabili La resistività cresce: - con l aumento di dimensione dei grani - con l aumento della cementazione quindi ρ argilla < ρ sabbia < ρ roccia Prove a espansione e geofisiche 3

24 Indagini geoelettriche in mezzi eterogenei Le deviazioni delle linee di flusso (e quindi la resistenza misurata) sono condizionate da fenomeni di rifrazione alle interfacce sottosuolo omogeneo sottosuolo stratificato

25 Tomografia di resistività elettrica (ERT) (1) Pseudo-sezione (numerica) Schieramento dipolo-dipolo () Pseudo-sezione (grafica) (3) Sezione vera

26 Esecuzione di una tomografia geoelettrica (ERT) Laboratorio mobile Georesistivimetro Allestimento Esecuzione Prove a espansione e geofisiche 6

27 Tomografia geoelettrica (ERT) lungo una frana Pseudo-sezione Sezione interpretata Prove a espansione e geofisiche

28 Un caso di indagini geofisiche Carta Geologica (1979) C.T.I. 1:5000 (1885) D fl = depositi fluvio-lacustri limo-argillosi D r = terreni di riporto

29 Piano di indagini elettriche 4 1

30 Piano di indagini sismiche 5 3 S

31 Sezioni SW-NE 9 m Tomografia elettrica 1 Linea sismica 3

32 Sezioni NW-SE 6-7 m Tomografia elettrica 4 Linea sismica 5

33 Sismica a riflessione onde S (NW-SE) E' evidente la presenza di una superficie 'riflettente' corrispondente a tempi di propagazione complessiva (a/r) di 50 ms, cioè ad una variazione litologica a circa 16m.

34 Modello di sottosuolo 3D