Prova Penetrometrica con Piezocono CPTU, SCPTU

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1 Programmazione delle indagini geotecniche come elemento della progettazione di nuove opere e per il consolidamento di quelle esistenti Forum della tecnica delle Costruzioni Fiera Milano, Rho, 5 Ottobre 2011 orrected Cone Resistance Pore water pressure q t (MPa) u (MPa) Sleeve Friction fs (MPa) Le prove in sito per la determinazione dei parametri geotecnici q t - σv0 Qt = σ'v ϕ' Increasing OCR, age cementation Normally consolidated 5 Increasing OCR, age fs Fr = 100 (%) q t - σv0 9 Prova Penetrometrica con Piezocono CPTU, SCPTU Laura Tonni DICAM, Università di Bologna laura.tonni@unibo.it

2 Sperimentazione in sito

3 Sperimentazione in sito VANTAGGI DELLE PROVE IN SITO Rapide ed economiche; Descrizione continua con la profondità; Maggiore volume di terreno investigato; Stato tensionale e permeabilità definite meglio. SVANTAGGI DELLE PROVE IN SITO Condizioni al contorno di complessa individuazione; Condizioni di drenaggio spesso incerte; Effetti di disturbo indotti sul terreno circostante; Necessità di ricorrere a correlazioni empiriche.

4 Sperimentazione in sito Prof. Mayne s web page.

5 Finalità delle indagini Profilo stratigrafico Deformabilità Resistenza al taglio Tensione orizzontale a riposo Mezzi di indagine Sondaggi Prove penetrometriche Dilatometro Pressiometro Prove penetrometriche statiche e dinamiche Dilatometro Prova di carico su piastra Prove geofisiche Pressiometro Prove penetrometriche statiche e dinamiche Dilatometro Prova scissometrica Prova di carico su piastra Pressiometro Dilatometro

6 La prova penetrometrica statica (CPT, CPTU, SCPTU) Consiste nell infiggere nel terreno una punta conica a velocità di avanzamento costante, misurando: lo sforzo necessario per la penetrazione della punta, q c l attrito che si sviluppa sul manicotto posto al di sopra della punta, f s f s Se la punta è munita di settore poroso e relativo trasduttore (piezocono), viene misurata anche la pressione nei pori u. u 2 u 1 q c

7 La prova penetrometrica statica L attrezzatura comprende un sistema di aste per l infissione della punta penetrometrica e un dispositivo di spinta, zavorrato e/o ancorato. Mayne, 2001

8 La prova penetrometrica statica meccanica La misura della spinta viene fatta in superficie, misurando la pressione esercitata sulle aste di manovra Il penetrometro a punta meccanica utilizza una batteria di aste interne per infiggere la punta indipendentemente dalle aste di spinta Bassi costi e semplicità operativa. Prova affidabile in terreni omogenei di consistenza medio-elevata.

9 La prova penetrometrica statica elettrica Le punte elettriche contengono le celle di carico che misurano separatamente la resistenza alla punta e l attrito laterale locale La punta elettrica produce dei segnali continui, che si prestano ad essere elaborati e visualizzati in diversi modi Principali Vantaggi: Precisione dei risultati; Affidabilità anche in terreni teneri; Possibilità di introdurre anche altri sensori. Cella di carico per la misura dell attrito laterale Cella di carico per la misura della resistenza alla punta

10 La prova penetrometrica statica elettrica Il penetrometro statico elettrico è stato fatto oggetto di standardizzazione (ASTM, 1979): Angolo del cono: 60 Area di base: 10 cm 2 Superficie laterale del manicotto: 150 cm 2 Velocità di avanzamento: 20 mm/s

11 Piezocono (CPTU) Una pietra porosa collegata ad un trasduttore permette di misurare la pressione dell acqua interstiziale durante l avanzamento. L utilizzo del setto poroso e relativo trasduttore risale agli anni 70. Tratto da F. Schnaid, 2009

12 Piezocono sismico (SCPTU) L inserimento di un geofono sulla punta permette di misurare la velocità (v s ) delle onde sismiche. La perturbazione viene generata in superficie, sotto forma di onde di taglio.

13 Presentazione delle misure Sabbia Argilla Argilla Pressione neutra iniziale u 0 Resistenza alla punta q c Attrito laterale f s Pressioni neutre u (piezocono)

14 Presentazione delle misure

15 Presentazione delle misure RAPPORTO DI FRIZIONE R f : f s R f = 100 q c Resistenza alla punta corretta q t : q t A = q N c + 1 u A T

16 Interpretazione delle misure Dalle misure di una prova penetrometrica, è possibile risalire a: Stratigrafia; Parametri di resistenza al taglio; Parametri di compressibilità; Storia tensionale del deposito (da piezocono) Caratteristiche di consolidazione dei materiali coesivi teneri (da piezocono)

17 Applicabilità delle prove in sito Piezocono Piezocono sismico (Da Lunne, Robertson & Powell, 1997)

18 Applicabilità delle prove in sito Piezocono Piezocono sismico (Da Lunne, Robertson & Powell, 1997)

19 Definizione della stratigrafia 0 q t (MPa) f s (kpa) u b (kpa) Colonna stratigrafica Soil Profile Fill Silty Sand Depth (meters) Sandy Silt Gravelly Sand Desiccated OC Clay Clayey Sand 28 CPTU Profile, Downtown Memphis. Prof. Mayne s web page OC Clay Gravelly Sand

20 Definizione della stratigrafia Robertson, 1986 u2 u0 = σ q t v0

21 Definizione della stratigrafia 1000 Robertson, ϕ' 7 8 Increasing OCR, age cementation 7 u0 σ v0 q t u2 qt - σv0 Qt = 100 σ'v Normally consolidated F r = f s q t - σ v0 (%) 9 Increasing OCR, age 2 q t - σv0 Qt = 100 σ'v Increasing OCR Increasing sensitivity u 2 - u 0 B q = q t - σ v

22 Definizione della stratigrafia Corrected Cone Resistance Pore Water Pressure q t (MPa) u (MPa) Sleeve Friction f s (MPa) SBT (F r,% - Q t ) SBT (B q - Q t ) Depth [m]

23 Definizione della stratigrafia Roberston, 2009

24 Determinazione dei parametri I metodi di interpretazione fanno riferimento a: Soluzioni teoriche basate su assunzioni fortemente semplificate - capacità portante; - espansione delle cavità in un mezzo elastoplastico; - approcci numerici Correlazioni di tipo empirico

25 Determinazione dei parametri L avanzamento della punta nei terreni a grana fine è generalmente NON DRENATO. Resistenza al taglio non drenata c u = q t σ N kt v0 Modulo di compressibilità M = ( ) q t σ v0 Kulhawy & Mayne, (1990) Rapporto di sovraconsolidazione OCR = k q t σ v σ v0 0 1 q = t u OCR M + σ v0 Mayne, Corrisponde ad un argilla NC

26 Determinazione dei parametri Con il piezocono è possibile effettuare PROVE DI DISSIPAZIONE della pressione neutra, da cui si possono ottenere informazioni sulle caratteristiche di consolidazione del terreno. 550 t (s) u [kpa]

27 Determinazione dei parametri L approccio più comunemente usato è quello proposto da Houlsby & Teh (1991), che permette di determinare un coefficiente di consolidazione orizzontale c h. c h = T * 50 r t 2 50 I r I r = G/c u.

28 Determinazione dei parametri L avanzamento della punta nei terreni a grana grossa è generalmente DRENATO. Resistenza al taglio drenata Impossibilità di ottenere relazioni q c -φ semplici e generali. φ = log Kulhawy & Mayne, (1990) q t σ v σ ' v0 0 Per sabbie non cementate pulite, prevalentemente quarzose Modulo di compressibilità M = 4q c per q c σ ' v 0 +Δσ z σ ' v0 < 10 MPa 2 M = (2q c per ) < q c σ ' v0 +Δσ z σ ' v0 < 50 MPa 2 Lunne & Christophersen, 1983