Università di Palermo CCS Ingegneria civile Indagini geognostiche a cura di Laura Ercoli
Finalità - Delineare la costituzione del sottosuolo e la geometria delle stratificazioni: tipi litologici,stratigrafia, Strutture singenetiche e postgenetiche, rapporti geometrici - Accertare la presenza e regime delle acque sotterranee
Il grado di approfondimento dell indagine dipende dall importanza del progetto e dalle sue fasi di sviluppo. il costo delle indagini non supera il valore di qualche unità percentuale del costo totale dell opera e decresce in % all aumentare del costo totale dell opera.
Estensione e infittimento delle indagini Devono riguardare il Volume significativo relativo ad un manufatto cioè il volume di terreno che, con le sue proprietà, influenza in modo significativo il comportamento dell opera Il volume significativo è funzione di: - tipo e dimensioni dell opera - costituzione del sottosuolo - carichi applicati
1a Fase di indagine Studio di fattibilità - significativo per opere importanti (dighe, grandi impianti industriali, autostrade, grandi ponti,...) - caratterizzazione di larga massima - estesa a notevoli volumi di sottosuolo
2a Fase di indagine Progetto - caratterizzazione dettagliata (struttura stratigrafica, caratteristiche fisicomeccaniche dei terreni) - volume d indagine più ridotto Nella maggior parte dei casi, le indagini sono racchiuse in un unica fase, quella di progetto, e possono essere integrate da indagini successive qualora si manifestino problemi particolari.
3a Fase di indagine In corso d opera - verifica delle schematizzazioni di progetto (per es. gallerie) - indagini con finalità di collaudo (prove di carico su pali, verifica di tiranti)
4a Fase di indagine Monitoraggio delle opere (misure in sito) - fase di costruzione / in corso d opera - fase di esercizio
In sito Indagini geognostiche e geotecniche In laboratorio
INDAGINI IN SITO Metodi diretti Metodi indiretti SONDAGGI MECCANICI INDAGINI GEOFISICHE a distruzione di nucleo geosismiche (senza recupero del materiale) geoelettriche a carotaggio continuo.altre tecniche innovative... mezzo d indagine principale per la ricostruzione statigrafica del sottosuolo perché ne permettono l ispezione diretta
Perforazioni di sondaggio Sondaggi = perforazioni effettuate nel terreno con un attrezzatura denominata sonda Rappresentano il più diffuso ed importante mezzo d indagine. Finalità di un sondaggio: - ricostruire il profilo stratigrafico - prelevare di campioni di terreno - installare strumenti - eseguire prove in sito - accertare la presenza acque sotterranee e di moti di filtrazione Tipologie di sondaggio: - a distruzione - a carotaggio continuo
MODALITÀ ESECUTIVE Metodo a percussione Metodo a rotazione E utilizzato solo in materiali sciolti. Non raggiunge grandi profondità E idoneo per qualsiasi tipo di terreno,fatta salva l adeguata scelta degli utensili di scavo.e il metodo più veloce (10-15 m/h) e permette di raggiungere profondità anche di 8000 m.
Attrezzature per sondaggi meccanici
Metodo a rotazione L attrezzatura comprende mezzo semovente (camion, cingolato, chiatta ) sul quale trova posto un telaio (torre o derrik) che può raggiungere un altezza di 5 di 5-6 m, alla sommità del quale sono fissati un argano e una testa motrice che ha il compito di imprimere la rotazione alla batteria di aste di perforazione ogni asta è costituita da un tubolare di acciaio. L ultima asta, è più pesante delle altre per favorire l avanzamento perfettamente verticale L utensile di scavo diverso a seconda delle esigenze, viene montato sull ultima asta Questo tipo di perforazione avviene di norma con circolazione di fango per raffreddare gli utensili, recuperare i detriti, sostenere le pareti del foro impedire ai fluidi contenuti nei terreni di invadere il foro
Metodo a percussione A differenza del metodo a rotazione non è presente la testa motrice e le aste possono essere sostituite da un sistema di cavi manovrati da un argano. Se si utilizzano i cavi la perforazione avviene a secco e allora le pareti dello scavo devono essere sostenute con l infissione di una colonna di tubi metallici. Se si utilizzano le aste, la perforazione può essere eseguita con circolazione di fango. Le velocità di approfondimento sono decisamente inferiori rispetto a quelle ottenute con il metodo a rotazione
Sondaggi a distruzione Utilizzati quando non interessa il prelievo continuo di campioni Attraversamento rapido di qualsiasi tipo di terreno fino a notevoli profondità Utensile di perforazione :scalpelli, triconi, utensili diamantati Diametro compreso tra 10 cm e 1.5 m Circolazione di un fluido (fango) che riporta in superficie i detriti prodotti dallo scavo
sondaggi a distruzione Sondaggi a percussione - utensile di perforazione: sonda a valvola - diametro: compreso tra 10 cm e 60 cm - generalmente per terreni a grana grossa - foro protetto da tubazione di rivestimento Sondaggi eseguiti con elica - barra (Kelly) o elica continua - in argille (non effettuabile in presenza di ciottoli e trovanti) - per profondità minori di 50 m
Utensili per perforazioni a distruzione di nucleo Scalpello o tricono: Questi attrezzi hanno la funzione di frantumare le rocce. a e b) scalpelli eccentrici per apparecchi a percussione, c) scalpello a coda di pesce, d) trapano a coni dentati o tricono, e e f) corone dentate, g e h) corone diamantate.
Schemi di circolazione di fango a) a rotazione con circolazione diretta, b) a rotazione con circolazione rovescia, c) a percussione con circolazione rovescia. diretta rovescia
Sondaggi a carotaggio continuo Sondaggi eseguiti a rotazione Utensile di perforazione = tubo carotiere che presenta una estremità munita di corona di taglio Diametro compreso tra 7.5 cm e 15 cm In funzione della natura del terreno: - tubo carotiere (semplice o doppio) - corona - velocità di rotazione e della spinta - portata e pressione del fluido Per terreni eterogenei molto fratturati in genere si utilizza il doppio carotiere (due tubi concentrici, quello esterno ruota e quello interno raccoglie il campione di terreno) Il carotaggio può avvenire a secco o con un fluido di perforazione.
Utensili per carotaggio continuo: Carotiere per prelevare campioni semidisturbati contemporaneamente all avanzamento semplice doppio
utilizzato essenzialmente in presenza di rocce sciolte, più sofisticato rispetto al carotiere, induce il minimo disturbo nei campioni. Caratteristiche generali D= 80 100 mm L/D compreso tra 8 e 12 Campionatore Si tratta di un tubo di acciaio dotato di una scarpa tagliente e di una camicia interna per la raccolta del materiale campionato.
Tipologie di campionatore : - campionatore aperto a pareti sottili (e.g. con valvola a sfera tipo Shelby), per terreni coesivi - campionatore a pistone, per terreni di consistenza molto ridotta - campionatore a doppia parete (e.g. Mazier, Denison), per terreni coesivi di elevata consistenza - campionatore continuo (e.g. Kielmann), colonne di terreno di 20-30 m
Stabilizzazione del foro Il foro è stabile per autosostentamento solo per perforazioni poco profonde in terreni coesivi al di sopra del livello di falda In caso diverso è necessario stabilizzarlo Batteria di tubi di rivestimento Stabilizzazione tramite fango bentonitico (3 5 % in peso) bentonite = argilla ad elevatissima plasticità il fango forma una pellicola impermeabile sulla superficie del foro il fango è mantenuto ad un livello superiore di quello della falda freatica
Prelievo di campioni di terreno Campionamento ideale = procedura che altera, nel corso delle operazioni di prelievo, esclusivamente lo stato tensionale del campione Campione indisturbato = campione che conserva struttura, contenuto d acqua e composizione chimica del terreno in sito
La qualità del campione prelevato dipende fortemente dalla modalità di infissione del campionatore che viene scelto in funzione del terreno da campionare.
fonti di disturbo del campione La qualità dei campioni, e quindi la loro rappresentatività delle caratteristiche dei terreni in sito, dipende dal grado di disturbo arrecato in fase di campionamento. -Fase di perforazione rigonfiamento del terreno o compressione se il rivestimento è spinto al di sotto del fondo del foro - Pulizia di fondo del foro - Fase di prelievo attrito tra campione e parete interna, campionamento in eccesso
Presentazione dei risultati :il Log deve contenere: denominazione, ubicazione, data di esecuzione e quota di boccaforo del sondaggio; Descrizione dei litotipi attraversati quote del tetto e del letto degli strati e di eventuali cavità percentuale del materiale recuperato; Quota dell acqua nel foro di sondaggio prove eseguite in foro; profondità di prelievo dei campioni.
Prelievo di campioni campioni su cui effettuare delle prove in laboratorio.
Percentuale di carotaggio Σ L carote estratte nella battuta P %= L totale della battuta di carotaggio x100
Rock Quality Designation solo per sondaggi in roccia RQD= % Σ L carote>10cm L totale della battuta di carotaggio x100
Misura della quota piezometrica nel foro di sondaggio
Indagini indirette in sito Sondaggi geoelettrici Indagini sismiche
Sondaggi geoelettrici Viene misurata la resistività del terreno applicando una differenza di potenzioale ad elettrodi infissi nel terreno
INDAGINI SISMICHE La prospezione sismica si occupa dell esplorazione del sottosuolo attraverso l analisi e lo studio della propagazione di onde sismiche. Queste onde elastiche vengono generate mediante esplosioni, energizzazioni o vibrazioni prodotte sulla superficie e/o in foro; l impiego di varie fonti di energizzazione dipende dallo scopo dell indagine e dalla profondità da investigare. Le discontinuità ricercate, su cui ci si basa per la determinazione della geometria e natura del sottosuolo, sono discontinuità elastiche determinate da reali variazioni litologiche, tettoniche e di consistenza..
La prospezione sismica è una tecnica di esplorazione del sottosuolo e di manufatti che trova largo impiego nella geologia applicata all ingegneria e nelle indagini non distruttive; conoscere la struttura e le caratteristiche elastiche di un terreno o opera d arte è infatti essenziale ai fini progettuali
Apparecchiature
P S
Profilo sismico
Sitografia mcalvello@unisa.it A.A. 2007/08 - Fondamenti di Geotecnica - Università di Salerno. "Indagini geotecniche per testi ed immagini di alcune slide Riferimenti bibliografici: R. Lancellotta. Geotecnica (terza edizione 2004), Zanichelli. C. Viggiani. Fondazioni (seconda edizione 1999), Hevelius. A. Flora. Introduzione alle indagini geotecniche (1996). Collana Argomenti di Ing. Geotecnica, Hevelius