A.A. 2013/2014 dott. ing. Stefania Lirer

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1 A.A. 2013/2014 dott. ing. Stefania Lirer

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3 INDAGINI GEOTECNICHE IN SITO Il quadro normativo

4 IL QUADRO NORMATIVO NTC 2008 Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) cap. 6 PROGETTAZIONE GEOTECNICA 6.1OGGETTO DELLE NORME Il presente capitolo riguarda il progetto e la realizzazione: - delle opere di fondazione; - delle opere di sostegno; - delle opere in sotterraneo; - delle opere e manufatti di materiali sciolti naturali; - dei fronti di scavo; - del miglioramento e rinforzo dei terreni e degli ammassi rocciosi; - del consolidamento dei terreni interessanti opere esistenti, nonché la valutazione della sicurezza dei pendii e la fattibilità di opere che hanno riflessi su grandi aree. 6.2 ARTICOLAZIONE DEL PROGETTO Il progetto delle opere e dei sistemi geotecnici deve articolarsi nelle seguenti fasi: 1 caratterizzazione e modellazione geologica del sito; 2 scelta del tipo di opera o d intervento e programmazione delle indagini geotecniche; 3 caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce e definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo; 4 descrizione delle fasi e delle modalità costruttive; 5 verifiche della sicurezza e delle prestazioni; 6 piani di controllo e monitoraggio.

5 IL QUADRO NORMATIVO NTC CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOLOGICA DEL SITO La caratterizzazione e la modellazione geologica del sito consiste nella ricostruzione dei caratteri litologici, stratigrafici, strutturali, idrogeologici, geomorfologici e, più in generale, di pericolosità geologica del territorio. In funzione del tipo di opera o di intervento e della complessità del contesto geologico, specifiche indagini saranno finalizzate alla documentata ricostruzione del modello geologico. Esso deve essere sviluppato in modo da costituire utile elemento di riferimento per il progettista per inquadrare i problemi geotecnici e per definire il programma delle indagini geotecniche.

6 IL QUADRO NORMATIVO NTC INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione. Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo. I valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio su campioni indisturbati di terreno e attraverso l interpretazione dei risultati di prove e misure in sito. Per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro nello stato limite considerato.

7 VOLUME SIGNIFICATIVO Per volume significativo si intende quel volume di terreno nel quale si risente in maniera significativa degli effetti (variazione di tensioni, deformazioni, pressioni neutre, portate filtranti, ecc.) indotti da una variazione di condizioni al contorno (azioni). Nel caso di fondazioni, generalmente le indagini si estendono fino alla profondità in cui: z >0.15 z0

8 IL QUADRO NORMATIVO NTC 2008 La Norma evidenzia la necessità di procedere alla predisposizione di un modello geologico del sito e di un modello geotecnico, separati tra loro (anche se necessariamente congruenti) e aventi diversi finalità, facenti parte di una unica attività conoscitiva. Il gradi di approfondimento delle indagini nel volume significativo dipende dalla categoria dell opera da realizzare, dalla fase di progettazione, dalla complessità delle condizioni stratigrafiche e geotecniche. - Indagini in fase di studio di fattibilità (caratterizzazione di larga massima) - Indagini in fase di progetto (completa e dettagliata) - Indagini in corso d opera (non sempre necessarie) - Indagini per monitoraggio (non sempre necessarie)

9 FASI DI PROGETTAZIONE Indagini in fase di studio di fattibilità: essenziale nei casi in cui i fattori geotecnici possono influenzare l ubicazione dell opera (dighe, gallerie); evitabile per opere di minore importanza; estensione maggiore in quanto, non essendo definita l opera, non è ancora stimabile il volume interessato Indagini in fase di progetto: devono fornire al progettista le conoscenze stratigrafiche e fisico-meccanica dei terreni presenti (modello geotecnico del sottosuolo); estensione più limitata (volume interessato definito) ma maggiore densità perché la conoscenza del sottosuolo deve essere più dettagliata possono essere previste prove specifiche per testare particolari procedimenti esecutivi (es. prove di carico, campi sperimentali, etc.)

10 FASI DI PROGETTAZIONE Indagini in corso d opera: permettono di verificare le ipotesi di progetto man mano che vengono messi a giorno i terreni interessati dall opera che in precedenza non è stato possibile indagare con sufficiente approssimazione (es. gallerie); permettono di precisare alcuni aspetti che possono venire alla luce durante i lavori; sono possibili indagini con finalità di collaudo, come ad esempio le prove di carico su pali. Monitoraggio consiste nel controllo della variazione nel tempo di alcune grandezze (pressioni neutre, spostamenti, forze) su opere in fase di realizzazione o ultimate; nel primo caso i risultati possono essere utilizzati come dati di progetto; nel secondo caso verifica che l opera abbia il comportamento previsto in progetto e ne controlla la funzionalità;

11 APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI

12 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA La caratterizzazione geotecnica di un terreno comprende: - la definizione della stratigrafia di dettaglio; - la determinazione delle condizioni di falda; - la determinazione delle caratteristiche di permeabilità; - l individuazione della storia e dello stato tensionale attuale; - la determinazione delle proprietà meccaniche. L insieme di queste informazioni consente di individuare i criteri di progetto ed i relativi parametri. Per ottenere queste informazioni ci si avvale di : PROVE DI LABORATORIO (su campioni indisturbati) INDAGINI IN SITO (si misurano grandezze correlate alle proprietà del terreno)

13 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA

14 FINALITA E MEZZI DI INDAGINI La tipologia di indagine viene scelta in funzione e delle grandezze significative che si intende porre sotto controllo.

15 ALCUNI PROBLEMI TIPICI Alcuni problemi da considerare: -Scelta del tipo di fondazione e della tecnologia esecutiva; -Abbassamento della falda a causa del pompaggio (nel caso siamo sotto falda) -Carico limite; -Cedimenti differenziali; -Cedimenti a manufatti adiacenti. Principali obiettivi delle indagini: -Stratigrafia di dettaglio; -Presenza di un substrato roccioso; -Parametri di resistenza dei terreni; -Parametri di rigidezza; -Monitoraggio degli spostamenti nel tempo sia dell opera sia degli edifici adiacenti. Opere di fondazioni superficiali e profonde

16 ALCUNI PROBLEMI TIPICI Alcuni problemi da considerare: - Abbassamento del livello di falda durante il pompaggio (con conseguente aumento delle tensioni efficaci); - Rigonfiamento e sifonamento del fondo dello scavo; - Subsidenza del piano campagna per l esecuzione di gallerie superficiali. Scavi Principali obiettivi delle indagini: -Stratigrafia di dettaglio dei terreni attorno allo scavo; -Caratteristiche di permeabilità; -Per le gallerie, controllo in corso d opera delle deformazioni della sezione trasversale.

17 INDAGINI IN SITO I principali vantaggi delle indagini in sito: - sono più rapide ed economiche; - permettono di ottenere un andamento continuo (o più continuo) delle proprietà geotecniche con la profondità; - permettono di investigare un volume maggiore di terreno; - forniscono risultati più attendibili su deformabilità, permeabilità e stato tensionale iniziale. - PER I TERRENI A GRANA GROSSA RAPPRESENTANO L UNICO MEZZO PER OTTENERE INFORMAZIONI SULLE PROPRIETA DI STATO DEI TERRENI.

18 SONDAGGI E CAMPIONAMENTO

19 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA La caratterizzazione geotecnica di un terreno comprende: - la definizione della stratigrafia di dettaglio; - la determinazione delle condizioni di falda; - l individuazione della storia e dello stato tensionale attuale; - la determinazione delle caratteristiche di permeabilità; - la determinazione delle proprietà meccaniche.

20 INDAGINI PER IL RICONOSCIMENTO DEI TERRENI Procedimenti per accertamenti stratigrafici: Metodi diretti: perforazioni di sondaggio con estrazione continua di carote o di campioni rimaneggiati o indisturbati scavi ispezionabili (Trincee, gallerie o pozzi - consentono un rilievo diretto del terreno) Metodi indiretti: procedure (geofisiche, penetrometriche, dilatometriche ) che misurano la variazione di determinate caratteristiche e permettono di risalire alla definizione del profilo stratigrafico.

21 RICONOSCIMENTO DEI TERRENI Scavi ispezionabili Gli scavi accessibili consentono l osservazione diretta del sottosuolo (natura, giacitura, successione e spessore) ed il prelievo diretto di campioni. Sono fortemente limitati nella profondità raggiungibile. La loro esecuzione non deve alterare il flusso idrico e la stabilità del versante.

22 RICONOSCIMENTO DEI TERRENI Scavi ispezionabili Gli scavi accessibili consentono l osservazione diretta del sottosuolo (natura, giacitura, successione e spessore) ed il prelievo diretto di campioni.

23 RICONOSCIMENTO DEI TERRENI Perforazioni di sondaggio Le perforazioni di sondaggio permettono di raggiungere notevoli profondità e di attraversare anche terreni sotto falda. I fori di sondaggio, oltre a consentire la determinazione della stratigrafia ed il prelievo di campioni, possono essere utilizzati per l esecuzione di altre tipologie di indagini. Perforazioni a rotazione (D=75-150mm): l avanzamento dell utensile è realizzato applicando, alla batteria di aste a cui è collegato, una spinta ed una rotazione (è indispensabile la circolazione di un fluido di raffreddamento). Perforazione a carotaggio continuo Perforazioni a percussione (D= mm): fanno ricorso ad utensili robusti (valvola o scalpello) fatti avanzare nel terreno per battitura con maglio o per caduta. Possono attraversare quasiasi tipo di terreno fino a grandi profondità. Impossibilità di prelevare campioni indisturbati e di ricostruire dettagliatamente la stratigrafia. Perforazione a distruzione Perforazioni con elica (D= mm): utilizzano una elica che viene alternativamente spinta ed estratta dal terreno. Non idonee per terreni a grana grossa.

24 PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A ROTAZIONE La quasi totalità dei sondaggi viene oggi eseguita a rotazione. L utensile di perforazione è costituito da un tubo carotiere con una corona dentata all estremità. Una manovra consiste nel procedere con la perforazione fino a riempire di terreno il carotiere e riportarlo quindi in superficie

25 CAMPIONI DISTURBATI O RIMANEGGIATI CAROTIERE SEMPLICE E' il classico carotiere con tubo in acciaio, provvisto di un portaestrattore di forma conica per garantire il recupero della carota, il cui uso è raccomandato per perforazioni in terreni omogenei non troppo consistenti. Il diametro varia da 66 mm a 146 mm. Doppio semplice CAROTIERE DOPPIO (T2 E T6) Il carotiere doppio T2 è raccomandato in formazioni omogenee; è dotato di un tubo interno non rotante al fine di preservare il campione carotato e le sue misure vanno fino al diametro 101 mm. Il carotiere T6 è idoneo a campionare un più ampio raggio di rocce in tutte le formazioni anche se fratturate; i diametri vanno da 101 mm a 146 mm. In formazioni rocciose dure, questi carotieri vengono usati con corone diamantate.

26 PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A ROTAZIONE Stabilizzazione del foro

27 PERFORAZIONI A ROTAZIONE Il materiale estratto nel corso del sondaggio viene posto in apposite cassette catalogatrici per facilitare la descrizione stratigrafica

28 PERFORAZIONI A ROTAZIONE

29 APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI

30 PERFORAZIONI DI SONDAGGIO A PERCUSSIONE Attrezzatura per sondaggi a percussione Sonde Scalpello

31 RICONOSCIMENTO DEI TERRENI Perforazioni di sondaggio

32 CLASSI DI QUALITA DEI CAMPIONI I campioni di terreno, che si prelevano per fini geotecnici, possono essere classificati in base al grado di disturbo, ovvero in base al tipo di informazioni che da essi si possono ricavare.

33 PRELIEVO DI CAMPIONI

34 PRELIEVO DI CAMPIONI Il campionamento provoca un annullamento delle tensioni totali in condizioni non drenate Il prelievo di campioni indisturbati è possibile solo nei terreni a grana fine. Nei terreni a grana grossa, la dimensione dei pori impedisce il permanere di pressioni interstiziali negative nel campione. u r ' z A k 0 1 k 0 I terreni a grana grossa sono campionabili in modo indisturbato solo con tecniche speciali.

35 PERFORAZIONI A ROTAZIONE Prelievo di campioni Q4, Q5 D= mm L= mm Fasi operative con campionatore a pistone stazionario. Qualità di campionamento

36 PERFORAZIONI A ROTAZIONE Prelievo di campioni Q4, Q5

37 CLASSI DI QUALITA DEI CAMPIONI

38 PERFORAZIONI A ROTAZIONE Prelievo di campioni D est =cost.; D est maggiore vicino alla scarpa; Tubo con anello allargatore

39 MISURE IN SITO La caratterizzazione geotecnica di un deposito comprende: - la definizione della stratigrafia di dettaglio (metodi diretti ed indiretti); - la determinazione delle condizioni di falda; - la determinazione delle caratteristiche di permeabilità; - la determinazione delle proprietà meccaniche; - l individuazione della storia e dello stato tensionale attuale (k 0 ). Le prove penetrometriche consentono di ottenere in maniera spedita e dettagliata informazioni riguardanti il profilo stratigrafico, nonchè degli indici di resistenza che vengono correlati alle caratteristiche meccaniche dei terreni.

40 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT)

41 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) La prova penetrometrica statica (o CPT) consiste nella misura della resistenza alla penetrazione nel terreno di una punta conica standardizzata (di apertura 60, Ap=10cm 2 ) che viene infissa nel terreno (con un martinetto meccanico o idraulico) a una velocità costante di 20 mm/s. E UNA PROVA CONTINUA

42 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) La prova penetrometrica statica (o CPT) consiste nella misura della resistenza alla penetrazione nel terreno di una punta conica standardizzata (di apertura 60, Ap=10cm 2 ) che viene infissa nel terreno (con un martinetto meccanico o idraulico) a una velocità costante di 20 mm/s. E UNA PROVA CONTINUA LA PROVA E AUTOPERFORANTE, NON RICHIEDE UN PREFORO Le prove penetrometriche statiche (CPT) possono essere effettuate in tutti i terreni con l eccezione dei depositi ghiaiosi o in terreno sabbiosi molto addensati. - Penetrometro meccanico con manicotto d attrito (punta è collegata ad un sistema di aste coassiali ad una tubazione di rivestimento) -Penetrometro elettrico (la punta è solidale a una tubazione priva di rivestimento)

43 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Si fa penetrare prima la punta (R p ), poi il manicotto (R LL ) e poi entrambi (R T ), e si misurano la forza necessaria per l avanzamento. I- Posizione iniziale II Avanzamento punta III Avanzamento manicotto (punta ferma) IV Avanzamento tutto

44 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) 1. Si esercita una forza F1 sulle aste collegate alla punta (area Ap) e si fa avanzare la sola punta a velocità costante per 40 mm: qc= F1/Ap 2. Si aggancia il manicotto (sup. laterale As) e si esercita una forza F2 per fare avanzare punta e manicotto per 40 mm, si calcola la tensione tangenziale media lungo il manicotto (resistenza laterale locale): fs=(f2-f1)/as 3. La spinta viene applicata alle aste esterne che, a punta ferma, raggiungono prima il manicotto e poi la punta. Infine si fa avanzare l intero sistema. Tutte le operazioni sono ripetute ogni 20 cm PROFILI con la profondità di: qc, fs Si definisce FRICTION RATIO FR=qc/fs FR <15 terreni molto compressibili FR >60 terreni granulari

45 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT)

46 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE -Onshore e offshore

47 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE penetrometro elettrico Penetrometro elettrico Vi è una unica batteria di aste, in cui la resistenza alla punta e quella laterale vengono misurate direttamente sull attrezzo mediante trasduttori elettrici collegati ad una centralina di superficie. - Le misure sono continue e contemporanee. - Possono essere acquisite su un supporto informatico.

48 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE penetrometro elettrico Piezocono (CPTU) Alla normale punta penetrometrica elettrica vengono aggiunte una o più piastre porose collegate a trasduttori per la misura delle pressioni neutre alla punta (importante la saturazione del filtro!!!). -Si ottiene il diagramma delle sovrappressioni (u 2 ) registrate durante l infissione. u 2 =u 0 (drenate) u 2 = u 0 +u (non drenate) -Si possono effettuare anche prove di dissipazione (stima della permeabilità e di coeff. consolidazione c v )

49 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE penetrometro elettrico Pressione neutra u1 misura alla punta; u2 misura alla base del manicotto; u3 misura lungo il tubo esterno; u 1 Resistenza alla punta corretta q t q t q c 1 au 2 q c = resistenza alla punta misurata a = rapporto tra l area delle aste interne e della punta (=AN/AT), A t

50 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE penetrometro elettrico Resistenza laterale locale (shaft resistance) u A u A A 2 sb 3 ft fs Al ft = resistenza laterale corretta fs = resistenza laterale misurata Asb, Ast = aree Al = area del manicotto l st Parametro di pressione neutra Friction ratio B q u ( q ( 2 t uo) ) vo R f f q s c

51 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPTU) Penetrazione a 2 cm/s Profili di resistenza alla punta, laterale e pressione neutra Sabbia Argilla Crosta o lente sepolta Argilla

52 TIPICO PROFILO CPTU BR101 Santa Catarina

53 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE penetrometro elettrico Piezocono (CPTU) Si possono effettuare anche prove di dissipazione (stima della permeabilità k e di coeff. consolidazione c v ) Soluzione teorica basata sulla teoria 1D della cavità espansa (Randolph et al., 1979): c T 50 t r 50 2

54 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE piezocono sismico E una attrezzatura che consente di eseguire prove CPTU con misura dell arrivo delle onde sismiche generate in superficie (downhole). Nel corso di una sosta nella penetrazione, si genera in superficie una onda sismica e si misura il tempo che impiega l onda a raggiungere un sensore (sismografo) posto nella punta. Un sistema di acquisizione (oscilloscopio) consente di memorizzare i dati. v s f s u 2 u 1 q t

55 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE piezocono sismico Una trave in superficie viene colpita per generare onde di compressione P e onde di taglio S. La conoscenza della velocità delle onde di taglio nel terreno (Vs) consente di calcolare il modulo di taglio elastico G0.

56 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) In generale: Argille 0<q c <2 MPa Sabbie 2<q c <30MPa In Sabbie NC i valori qc aumentano con la profondità. In Sabbie OC è possibile avere un andamento quasi costante.

57 CLASSIFICAZIONE DEI TERRENI DA CPT 1000 Diagramma di Robertson (1990) argilla sensitiva 2. torba e terreno organico 3. argilla - argilla limosa 4. argilla limosa - limo argilloso 5. limo sabbioso - sabbia limosa 6. sabbia limosa - sabbia 7. sabbia - sabbia ghiaiosa 8. sabbia argillosa* - sabbia densa 9. terreno fine molto consistente* (* molto sovraconsolidato e/o cementato) QT = (qc-v0)/'v OCR=1 N.C OCR >>> 3 1 SENS >> 2 1 0, R f = f s /(q c - v0 ) %

58 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Nei terreni coesivi dalla resistenza penetrometrica q c si può ricavare: -la coesione non drenata (c u ); -la tensione di consolidazione (Mayne e Kemper, 1988); -il grado di sovraconsolidazione (Mayne e Kemper, 1988); - il coefficiente di spinta a riposo k0 q c v0 N c c u c u q c N c v0 coefficiente empirico 15<Nc<25

59 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE resistenza al taglio Resistenza non drenata Confronto tra risultati numerici e indicazioni empiriche c u q c N c v Schnaid (2009) N c Ir = indice I r =G/c di rigidezza u = G/c u Schnaid (2009) suggerisce valori compresi nell intervallo 12<N<15 Viggiani (2001) suggerisce valori compresi nell intervallo 15<N<25 (cautelativo)

60 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Per i terreni a grana fine, in cui l infissione della punta conica determina un meccanismo di rottura non drenato, non è possibile ricavare direttamente il modulo di rigidezza drenato (cioè da utilizzarsi in un analisi in termini di tensioni efficaci e quindi realmente rappresentativo del comportamento dello scheletro solido del terreno). Conviene allora interpretare la prova CPT in termini di tensioni totali per determinare la resistenza non drenata c u, ed ottenere poi il valore del modulo di rigidezza non drenato E u sulla base delle correlazioni empiriche esistenti tra E u, c u, I p ed OCR (vedi tabella) Da Viggiani (2001)

61 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Nei terreni coesivi dalla resistenza penetrometrica q c si può ricavare: -la coesione non drenata (c u ); -la tensione di consolidazione (Mayne e Kemper, 1988); -il grado di sovraconsolidazione (Mayne e Kemper, 1988); - il coefficiente di spinta a riposo k0. ' c c q OCR ' q 0.37 ' c v v0 (qc e in MPa)

62 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Nei terreni incoerenti la resistenza alla punta è funzione della pressione effettiva in sito v e del grado di addensamento, ovvero dell angolo di attrito. Esistono numerose correlazioni ottenute sperimentalmente. Dato che la relazione tra q c e è influenzata da numerosi fattori (non linearità dell inviluppo di rottura, la deformabilità del terreno, a rottura dei grani..), si preferisce correlate q c alla densità relativa (Dr) e poi risalire all angolo di attrito.

63 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Terreni incoerenti (correlazione di Schmertmann, 1976)

64 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Correlazione diretta fra q c, v e.

65 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Durgunoglu & Mitchell (1975) tan 0.38log N q qc Nq ' v Robertson & Campanella (1983) tan log N q

66 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche Terreni incoerenti: relazioni analitiche Resistenza alla punta normalizzata: (Pa=pressione atmosferica = 100 kpa) q C1 q C p ' a v 0,5 Densità relativa ( Kulhawy e Maine, 1990): D r qc1 p a 305 0,5 Angolo d attrito (API, 1987): D r 0,17 D r 28,4 Angolo d attrito (Schmertmann, 1977; sabbie limose) , 14 D r

67 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Per quanto riguarda la determinazione dei moduli di rigidezza E è necessario ricorrere a correlazioni di natura empirica. Per i terreni a grana grossa, il valore del modulo elastico E si può ottenere moltiplicando la resistenza alla punta q c per un opportuno coefficiente k: E k q c Meyerhof e Fellenius (1985) suggeriscono: k = 1.5 per sabbia limosa k = 2 per sabbia mediamente addensata k = 3 per sabbia densa k = 5 per sabbia e ghiaia Jamiolkowski et al. (1988) indicano k 5, con valori fino a 19 anche in funzione dell OCR del terreno

68 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Il Modulo di taglio a piccoli livelli di deformazione (entro la soglia lineare) G 0 è stimabile da prove CPT tenendo conto dello stato tensionale in sito attraverso la definizione della resistenza alla punta normalizzata q c1. STIMA MOLTO INCERTA! Schnaid & Yu (2005) q c1 q p c a pa v G o 3 q c ' v p a = nell intervallo

69 INTERPRETAZIONE RISULTATI CPT- proprietà meccaniche sponda A nord q c (kg/cm 2 ) sponda A sud q c (kg/cm 2 ) terreno vegetale riporto 2 3 CPT media CPT min 2 3 CPT media argille e torbe (con intercalazioni di strati sabbiosi) sabbie grossolane CPT min argille e torbe (con intercalazioni di strati grossolani) z (m) argille e torbe sabbie e ghiaie argille e torbe (con intercalazioni di strati sabbiosi) pomici torbe z (m) sabbie fini argille e torbe pomici argille e limi pomici argille e limi pomici sabbie argille limose argille e limi (con intercalazioni di strati grossolani) sabbie grossolane sabbie grossolane 20 20

70 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) Correlazioni per Terreni argillosi: c u qc v Nc terreno z (m) z G (m) v (kpa) q c (kg/cm 2 ) q c (kpa) c u (kpa) terreno vegetale 0,0-2,3 1, , ,4 argille e torbe 2,3-6,2 4,3 60 6, ,6 argille e torbe 7,7-8,4 8, ,3 argille e torbe 9,3-11,8 10, ,7 torbe 13,6-14,5 14, ,5 argille limose 16,8-17,5 17, ,4

71 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT) terreno z (m) z G (m) ' v (kpa) q c (kg/cm 2 ) q c (kpa) q c1 (MPa) D r 1 ( ) 2 ( ) sabbie 6,2-7,7 6, ,2 0,33 30,2 32,6 sabbie e ghiaie 8,4-9,3 8, ,7 0,23 29,3 31,3 pomici 11,8-13,6 12, ,0 0,44 31,6 34,2 sabbie 14,5-16,8 15, ,4 0,42 31,3 33,9 sabbie grossolane 17,5-20,0 18, ,4 0,21 29,1 31,0 Resistenza alla punta normalizzata: (P a =pressione atmosferica = 100 kpa) Densità relativa ( Kulhawy e Maine, 1990): q C1 q D r C p ' a v qc1 p a 305 0,5 0,5 Angolo d attrito (API, 1987): Angolo d attrito (Schmertmann, 1977; sabbie limose) D r 0,17 Dr 28, , 14 D r

72 PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT)

73 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT)

74 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) PROVA DISCONTINUA

75 STANDARD PENETRATION TEST (SPT) Sonda standardizzata ( campionatore Raymond o punta conica) infissa a percussione Energia di impatto standard (massa m = 63.5 kg; altezza caduta h = 76 cm) mediante caduta di massa battente sulla testa delle colonne delle aste Altre versioni (diffidare delle imitazioni non standard!): SCPT (Standard( Cone Penetration Test): punta conica DLPT (Dynamic( Lightweight Penetration Test): punta conica, energia impatto 1/6

76 STANDARD PENETRATION TEST (SPT) Infissione da fondo foro, con ritmo da 10 a 25 colpi/min W=63.5 kg H=76 cm 1. Aggancio e sollevamento del maglio 2. Sgancio e caduta del maglio sulla cuffia

77 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT)

78 STANDARD PENETRATION TEST (SPT) La sonda della prova penetrometrica dinamica Campionatore Raymond Punta conica (per ghiaie grosse) diametro interno d = 35 mm L = 355 mm diametro d = 51 mm angolo = 60

79 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) i+1. penetrazione 15 cm (superamento disturbo fondo foro) conteggio N 1 (inutilizzato) i+2. penetrazione 15 cm conteggio N 2 i+3. penetrazione 15 cm conteggio N 3 numero di colpi N SPT = N 2 + N 3 (< 100, altrimenti rifiuto ) Limitazioni esecutive Poco attendibile per terreni ghiaiosi per interferenze tra campionatore Raymond e particelle grossolane ( uso punta conica)

80 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) La prova SPT fornisce misure discontinue. Rispetto alla CPT ha un costo più elevato perché necessita di una perforazione iniziale. I vantaggi dello SPT sono quello di poter essere eseguito in qualsiasi terreno e di permettere un riconoscimento diretto dei terreni attraversati. Zona in cui la prova CPT non riesce a penetrare.

81 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) Correzione dell energia al 60% (rendimento del dispositivo di battitura) per tenere conto delle diverse pratiche nel mondo N 60 N SPT energia applicata 0,60 Energia media italiana (SPT): 60% N N SPT 60 NSPT 0,60 0,60 Per l Italia Energia media brasiliana: 72%. N N SPT 60 1,2 NSPT 0,60 0,72

82 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (LPT) Pentrometro per ghiaie (ancora poco utilizzato) LPT (Large Penetrating Test) Diametro del campionatore molto maggiore Energia di battitura molto maggiore Aste di trasmissione più rigide Le prove LPT hanno solitamente un efficienza energetica superiore a quella dell SPT, e risultato in termini di numero di colpi paragonabile (N SPT prossimo a N LPT ). Siccome l efficienza è diversa, questo però vuol dire che N SPT,60 N LPT,60.

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84 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) Le correlazioni tra N, v, D R e sono analoghe a quelle già riportate per il CPT.

85 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) ' 15 N SPT (Japan Road Association, 1990) Valida per <45 e N SPT >5 ma con il grosso difetto di non tenere conto dello stato tensionale Se la prova viene effettuata in un terreno limo-sabbioso sotto falda è necessario depurare il N SPT degli eventuali effetti di sovrappressioni neutre: N SPT =15+0.5(N SPT -15) De Mello (1971)

86 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) Modulo di taglio G o a piccoli livelli di deformazione G b 0 (MPa ) a (N 60 ) Limite superiore (per sabbie cementate) G N 2 p 0 60 v a Limite inferiore (per sabbie non cementate) G N 2 p 0 60 v a Schnaid (1999) e Schnaid et al (2004)

87 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) Rigidezza a medi ed elevati livelli di deformazione (valido per terreni granulari e permeabili!) Stroud (1989): Limite inferiore E N 60 1(MPa) Resistência à E/N 60 (MPa) penetração N 60 média Limite inferior Limite superior 4 1,6-2,4 0,4-0,6 3,5-5,3 10 2,2-3,4 0,7-1,1 4,6-7,0 30 3,7-5,6 1,5-2,2 6,6-10,0 60 4,6-7,0 2,3-3,5 8,9-13,5 Schnaid (2009)

88 PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE (SPT) Correlazione fra il numero di colpi N dello SPT e la resistenza alla punta qc del CPT.

89 STANDARD PENETRATION TEST (SPT)

90 PROVE SCISSOMETRICHE

91 SCISSOMETRO (VANE TEST) Lo scissometro viene adoperato per la determinazione della coesione non drenata di terreni a grana fine di consistenza ridotta o media. La prova consiste nell infiggere nel terreno al fondo di un foro una paletta (vane) e nel farla ruotare misurando (con un sensore di tipo meccanico o elettrico) il valore massimo della coppia necessaria a portare a rottura il terreno.

92 SCISSOMETRO (VANE TEST) -L apparecchio si utilizza al fondo di un foro di sondaggio oppure con lo scissometro autoperforante. -Si ritiene che l infissione (al di sotto del fondo foro) non disturbi significativamente il terreno in quanto la sezione dell attrezzo è molto piccola. - Si applica una coppia torcente, applicando alle palette una velocità di rotazione di circa un decimo di grado al secondo. -Registrando la massima coppia torcente necessario a far ruotare l attrezzo si risale al valore della coesione non drenata c u massima (nell ipotesi di terreno isotropo c u,v =c u,h ). - Si passa poi alla determinazione della coesione dopo rimaneggiamento c ur (si fa ruotare per 10 giri completi le palette e poi si fa di nuovo la misura). - Si misura la sensitività S t del materiale (indice delle caratteristiche del terreno) pari a c u /c ur

93 SCISSOMETRO (VANE TEST)

94 SCISSOMETRO (VANE TEST) c u M K max K= costante che dipende dalla geometria della paletta Si ipotizza c u,v =c u,h

95 SCISSOMETRO (VANE TEST) Il valore della coesione non drenata è marcatamente influenzato dal tipo di attrezzo con cui viene determinato e dalla modalità di prova. Bjerrum (1973) suggerì di moltiplicare i valori dedotti dalla prova scissometrica per un coefficiente empirico. dipende da I p e ingloba l influenza dell anisotropia iniziale e della velocità di deformazione. Ip=w L -w P