"Caratterizzazione geotecnica e sismica dei terreni di fondazione di un edificio storico in Pisa"

UNIVERSITA’

Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Idraulica, dei

Trasporti e del Territorio

Percorso di studio : Trasporti e Territorio

“CARATTERIZZAZZIONE GEOTECNICA E SISMICA DEI TERRENI DI

FONDAZIONE DI

Relatori:

Prof. Ing. Diego Lo Presti

Ing. Nunziante Squeglia

Anno Accademico 2012/2013

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PISA

Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Idraulica, dei

Trasporti e del Territorio

Percorso di studio : Trasporti e Territorio

TESI DI LAUREA

“CARATTERIZZAZZIONE GEOTECNICA E SISMICA DEI TERRENI DI

DAZIONE DI UN EDIFICIO STORICO IN

Relatori:

Anno Accademico 2012/2013

DI PISA

Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Idraulica, dei

“CARATTERIZZAZZIONE GEOTECNICA E SISMICA DEI TERRENI DI

UN EDIFICIO STORICO IN PISA”

Candidato:

INDICE

INTRODUZIONE

1. L’EDIFICIO

2. LE PROBLEMATICHE EMERSE

2.1 Terremoto dell’Emilia 2012

2.2 Le scosse del 29 Maggio e chiusura della Sapienza

3. INDAGINI

3.1 Indagini sul terreno

3.1.1 Indagini in sito eseguite

• Ubicazione indagini 13

• Sondaggi 15

• Misure piezometriche 18

• Prove penetrometriche con piezocono (CPTU) 20

• Prove DMT 25 • Prove SDMT 28 • Prove DPHS 30 3.1.2 Prove di laboratorio 31 • Granulometria 34 • Limiti di Attemberg 35 • Prove udometriche 37

• Prove triassiali CIU 41

• Prove di colonna risonante 46

4. CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA

• Stratificazione e misure piezometriche 49

• Composizione granulometrica e proprietà indice 51

• Parametri di compressibilità e storia geologica 56

• Parametri di resistenza al taglio 62

• Valori di resistenza alla punta da prove CPTU 64

• Velocità delle onde di taglio e modulo di deformabilità trasversale 65

5. RISPOSTA SIMICA LOCALE

5.1 Effetti di un terremoto

5.2 Prescrizioni normative NTC 2008

5.3 Parametri di rappresentazione dell’azione sismica

5.3.1 Accelerogrammi e loro utilizzo nella RSL 79 5.3.2 Spettri di Fourier 83

5.3.3 Spettri di risposta 85

5.3.4 Metodo semplificato e Spettri di risposta di normativa 91

5.4 Analisi monodimensionale della risposta sismica locale

5.4.1 Analisi lineare 102

5.4.2 Modello lineare equivalente 124

5.4.3 Modello completamente non lineare 126

5.5 Effetti di sito

5.5.1 Effetti stratigrafici 131

5.5.2 Effetti topografici 134

5.5.3 Effetti di valle 140

6. RSL PER IL CASO DELLA SAPIENZA

6.1 Dati di input

6.2 Dati di output

6.3 Conclusioni

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INTRODUZIONE

In seguito ai recenti eventi sismici del 20 maggio 2012 con epicentro in Emilia Romagna, l’edificio storico della Sapienza sito in Pisa ha subito seri danni in alcune parti strutturali, prevalentemente concentrate nella zona sede della biblioteca statale, al punto da determinarne la chiusura totale per inagibilità con apposita ordinanza del sindaco di Pisa. L’Università di Pisa, proprietaria dell’immobile, intende studiare il comportamento statico dell’edificio anche in previsione di possibili altri eventi similari, in modo da poterne programmare appropriatamente la sua riparazione e quindi il suo utilizzo.

La presente tesi affronta in particolare il problema della valutazione della risposta sismica locale riferita al sottosuolo dell’edificio,determinando l’effetto delle interazioni tra le onde sismiche e le condizioni locali, in funzione delle caratteristiche morfologiche, stratigrafiche e meccaniche dei depositi di terreno su cui insiste l’edificio stesso. La valutazione della risposta sismica locale rappresenta un elemento importante e, spesso, fondamentale nella caratterizzazione del moto sismico in modo da fornire una risposta ai futuri terremoti attesi.

La tesi si sviluppa in una prima parte in cui viene descritto il palazzo medievale della Sapienza,le sue caratteristiche,le sue evoluzioni storiche ed i danni che ha subito a seguito del terremoto del 2012.

Una seconda parte dove viene descritto il programma di indagini attuato sia sulla struttura sia sul terreno su cui insiste l’edificio. Le indagini sul sottosuolo hanno permesso di arrivare a definire un profilo geotecnico della porzione di terreno interessata. L’elaborazione dei dati forniti dalle indagini dirette, indirette e le prove di laboratorio ha consentito di individuare le caratteristiche fisico-meccaniche dei depositi in questione e la loro variabilità spaziale. Il programma di indagini è stato redatto nel rispetto della normativa vigente, in particolare per ciò che riguarda la caratterizzazione sismica del sottosuolo.

Nella terza parte della tesi viene affrontato,in riferimento alle prescrizioni normative dell’NTC 2008, il tema della risposta sismica locale e i principali metodi di analisi con i quali realizzarla; vengono descritti i parametri ed i criteri sulla natura e propagazione delle onde sismiche nel sottosuolo ed infine viene trattato l’argomento dei cosidetti “Effetti di sito”.

Nell’ultima e quarta parte si fa riferimento alla risposta sismica locale connessa al caso della Sapienza. Vengono definiti i dati di input necessari e con i dati di output forniti dal codice di calcolo utilizzato sono state delineate le conclusioni del caso.

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1. L’EDIFICIO

IlPalazzo della Sapienzadi Pisa, fondato in età rinascimentale e profondamente ristrutturato nel Novecento, è la sede principale della facoltà di giurisprudenza dell'Università di Pisae della Biblioteca Universitaria di Pisa. Collocato poco lontano dalLungarnoPacinotti, occupa l’intero isolato delineato dalla via Curtatone e Montanara, dai vicoli della Sapienza e dell'Ulivo, e infine dalla via Tanucci, che a sua volta termina inPiazza Dante. Il Palazzo, oltre ad essere un vero e proprio simbolo dell’Ateneo pisano, forma un tutt'uno con la città: l'edificio ed i suoi portici sono incessantemente percorsi da studenti, docenti, turisti, cittadini, segno dell'indubbio successo che questa costruzione, da un punto di vista urbanistico, riscuote fra gli utenti.

La costruzione del Palazzo della Sapienza, sul luogo della trecentescaPiazza del Grano, viene iniziata nel 1486 da Lorenzo dei Medici e viene completata da Cosimo I nel 1543 in occasione della riapertura dello Studio per risolvere il problema della frammentazione sparsa nel tessuto cittadino delle numerose “scuole destinate alla didattica e la necessità di ospitare gli studenti bisognosi.Al piano terreno della Sapienza le aule erano undici e si aprivano tutte nel peristilio che circondava ilcortile(atrium), compresa l’Aula Magna Storica, dove si tenevano le lezioni più frequentate, come quella inaugurale dell’anno accademico, oltre agli esami finali di laurea e per gli studenti acattolici la stessa cerimonia di conferimento delle insegne dottorali, che invece per i cattolici avveniva con maggiore sfarzo nella sala dei dottorati di Palazzo arcivescovile, dal momento che l’arcivescovo

di Pisa _{restava il gran cancelliere delloStudio Generale pisano. Sempre al piano terreno}

della Sapienza, presso l’ingresso principale, c’erano poi altri vani riservati ai docenti, ai bidelli e al refettorio dei “sapientini”. Quando finalmente a metà cinquecento anche il piano superiore venne ultimato, vi si poté trasferire, infatti, ilCollegio della Sapienza, capace di accogliere in altrettante camerette ed annessi 40 scolari, provenienti da famiglie in condizioni disagiate e meritevoli di essere aiutati negli studi con vitto e alloggio gratuiti mediante apposita grazia granducale e successivamente mediante concorso di ammissione.

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Dal1799 per qualche mese e poi definitivamente dal1804, a seguito dell’occupazione della Sapienza da parte di truppe francesi, il collegio della Sapienza non venne più riaperto. Ai “sapientini” da allora in poi venne corrisposta un retta mensile in denaro, mentre nei locali del piano superiore fino ad allora adibiti a camerette studentesche, venne trasferita dal1819 al 1824laBiblioteca Universitaria, che fino ad allora era rimasta confinata e sacrificata in alcuni angusti locali divia S. Mariae diPiazza dei Cavalierie dove alla propria dotazione libraria vennero aggiunte anche altre biblioteche di conventi soppressi in età napoleonica. A fineOttocento, con laFacoltà di Teologiasoppressa e laFacoltà di Medicinatrasferita nelle cliniche costruite nell'area diS. Chiarae nei primi anni delNovecento con altre nuove facoltà aperte in specifici edifici del centro cittadino, la Sapienza rimase la sede esclusiva del Rettorato, dellaBiblioteca Universitariae dellaFacoltà di Giurisprudenza, la prima nata aPisae fino ad allora la più importante. Dal1907 al 1920 il suo edificio venne completamente ristrutturato all’esterno e all’interno, quando dall’architettoPilotti fu ricavata anche l’Aula Magna Nuovaal piano superiore prospiciente via Curatone e Montanara.

Ad oggi “La Sapienza” costituisce una delle più estese costruzioni di Pisa; difatti, con i suoi oltre1.850 m² coperti, cui si aggiungono circa360 m² di corte interna,la Sapienzarappresenta circa il 3% del’intero patrimonio edilizio dell’università di Pisa, paragonabile, per volumi e spazi coperti, a pochi altri edifici della città. LaSapienzarappresenta un felice esempio di edificio perfettamente inserito nella realtà urbana circostante e calato nella vita universitaria e cittadina; infatti oltre che per seguire le lezioni e sostenere gli esami, è normale trovarsi inSapienzaper poi andare a studiare, a pranzare, o per indirizzare la propria giornata.

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Palazzo della Sapienza, veduta piazza Dante

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2. LE PROBLEMATICHE EMERSE

2.1 Terremoto dell’Emilia 2012

Il terremoto dell'Emilia, Lombardia e Veneto del 2012 è un evento sismico costituito da una serie di scosse localizzate nel distretto sismico della pianura padana emiliana, prevalentemente nelle province di Modena, Ferrara, Mantova, Reggio Emilia, Bologna e Rovigo, ma avvertiti anche in un'area molto vasta comprendente tutta l'Italia Centro-Settentrionale e parte della Svizzera, della Slovenia, della Croazia, dell'Austria, della Francia sud-orientale e della Germania meridionale.

Le 2 scosse più forti (alla fine riunite in una sola), rispettivamente di magnitudo 5,9 e 5,86 sono state registrate nello stesso istante il 20 maggio 2012 alle ore 04:03:52 ora italiana, con epicentro nel territorio comunale di Finale Emilia (MO), con ipocentro a una profondità di 6,3 km.

Il 29 maggio alle 09:00 una nuova scossa molto forte di magnitudo 5,8 è avvertita in tutta l'Italia Settentrionale, creando panico e disagi in molte città come Ferrara, Modena, ReggioEmilia, Bologna, Mantova e Rovigo, Brescia, Piacenza, Parma, Verona, Padova,Vicenza, Venezia e Milano; l'epicentro è situato nella zona compresa fra Mirandola, Medolla e San Felice sul Panaro. A quella delle 9:00 si sono susseguite altre tre scosse rilevanti sempre in data 29 maggio: una alle 12:55 di magnitudo 5,4, una alle 13:00 di magnitudo 4,9 e un'ulteriore scossa alla stessa ora di magnitudo 5,2.

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Il 31 maggio alle 16:58 una scossa di magnitudo 4,0 con epicentro a Rolo e Novi di Modena, ha colpito la zona della bassa reggiana e dell'oltrepò mantovano, già molto provate dalle scosse dei giorni precedenti che avevano avuto come epicentro la vicina area della bassa modenese. Sempre la sera del 31 maggio alle ore 21:04 si è verificata una scossa di magnitudo 4,2 con epicentro a San Possidonio.

Queste scosse sono state seguite da uno sciame sismico con scosse di magnitudo variabile di minore entità scala Richter. Un'altra scossa di magnitudo 5,1 è stata avvertita in tutto il Nord Italia il 3 giugno 2012 alle ore 21:20:43 ora italiana, con epicentro in Novi di Modena.

Le accelerazioni di picco registrate dall'accelerometro di Mirandola durante le scosse più forti del 20 maggio e del 29 maggio sono state rispettivamente di 0,31 g e di 0,29 g, valori che in base alla carte vigenti di pericolosità sismica renderebbero stimabile in circa 2500 anni il tempo di ritorno di ciascun evento nella medesima area.

I due eventi sismici principali hanno causato un totale di 27 vittime, in maggioranza dipendenti di aziende distrutte e quasi 40.000 sfollati.

2.2 Le scosse del 29 maggio e la chiusura del Palazzo della Sapienza

Una forte scossa della durata di 30 secondi, di magnitudo 5,8 e definita superficiale (profondità ipocentro: 9,6 km) è stata registrata alle 09:00:03 del 29 maggio 2012. L'epicentro è nella zona di Medolla e Cavezzo in provincia di Modena. Un primo bilancio provvisorio riporta crolli in edifici anche di interesse storico-artistico, tra quelli già danneggiati dall'evento sismico del 20 maggio, 20 vittime e almeno 350 feriti. Successivamente alla scossa delle 09:00 si sono verificate altre due scosse di entità rilevante: alle 12:55 di intensità 5,3 e alle 13:00 di intensità 5,2. A Mantova è stato chiuso il Palazzo Ducale e a Pisa è stato chiuso per inagibilità il Palazzo della Sapienza; venne infatti notificata un'ordinanza del Sindaco pisano Marco Filippeschi con la quale fu disposta l'immediata chiusura a tempo indeterminato del Palazzo per ragioni di sicurezza. Dagli accertamenti effettuati sul posto emerse un comportamento potenzialmente critico dell’edificio nei confronti di sollecitazioni statiche e sismiche e in particolare dei maschi murari su cui gravava il carico imposto relativo alla Biblioteca Universitaria di Pisa.C’è da dire che l'Ateneo di Pisa, negli ultimi decenni, aveva già denunciato questa condizione di degrado dell'immobile, segnalando la non sostenibilità di un'azione di affastellamento di libri nei piani e nelle soffitte di un palazzo storico, che certamente non è nato per questi scopi. I locali di tutte le biblioteche risultavano notevolmente caricati dai volumi (circa 600.000) e l’eccessivo carico costituito dai libri ospitati ai piani superiori nel tempo o in caso di sisma avrebbe potuto compromettere la stabilità dell'intera struttura.

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Erano inoltre presenti varie parti che evidenziavano segni di cedimento strutturali riassumibili in lesioni nelle murature e nelle volte che costituiscono le strutture orizzontali dell’edificio, cedimenti ed avvallamenti differenziati in vari pavimenti ed alcuni lievi scorrimenti verso l’esterno delle travi in legno che costituiscono la struttura principale della copertura dei loggiati.

Per quanto sopra, considerando lo stato descritto e l’intervento decisivo del sisma il palazzo è stato chiuso. In pericolo non vi era solo l'edificio della Sapienza, con il prezioso patrimonio librario e culturale che custodisce, ma l'incolumità delle migliaia di studenti, docenti e ricercatori, amministrativi e tecnici, turisti e cittadini pisani che ogni giorno frequentavano quella sede.

Attualmente parte del materiale bibliografico e gli arredi di pregio dell’istituto (statue,stampe,quadri ecc …) custoditi nelle strutture del palazzo della Sapienza sono stati trasferiti così come tutte le attività della facoltà di giurisprudenza. I tecnici dell’Università sono già intervenuti o con opere di sostegno di tipo provvisionale o comunque realizzando gli sbarramenti e/o le indicazioni necessarie ad impedire alle persone di essere coinvolte.

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La Direzione edilizia dell’Università di Pisa ed il Dipartimento di Ingegneria civile e industriale (DICI) stanno collaborando per effettuare rilievi di tipo geometrico e strutturale, prove di laboratorio e sulle murate del palazzo, misurazioni dei carichi gravanti sui solai e sulle pareti dell’edificio. Seguirà la creazione di modelli meccanici che consentiranno di valutare il livello di sicurezza dell’edificio e le eventuali criticità. Tuttavia i tempi necessari

per tutte le linee d’intervento ed gli studi per la messa in sicurezza e il recupero dell’edificio al fine di restituire questo patrimonio all’Università e alla città, sono difficili da stimare. La seguente tesi si pone l’obbiettivo di valutare le caratteristiche stratigrafiche,geotecniche e meccaniche del sottosuolo su cui insiste il palazzo e determinare la risposta sismica locale cercando di dare un contributo al comportamento statico e dinamico del complesso.

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3. INDAGINI

3.1 Indagini sul terreno

3.1.1 Indagini in sito eseguite

Per la definizione del modello geotecnico del sottosuolo sono state eseguite in sito le seguenti indagini:

Sette perforazioni a carotaggio continuo di cui due all’interno della corte e le rimanenti cinque all’esterno. Le due perforazioni all’interno del cortile dell’edificio sono state eseguite fino alla profondità di 40 m dal piano di campagna mentre le cinque perforazioni esterne sono state effettuate sino ad una profondità di 10 m dal piano di campagna. In ciascuno dei fori di sondaggio è stato eseguito il prelievo di campioni indisturbati con campionatore tipo Shelby o Osterberg. Le tabelle seguenti riportano per ciascun sondaggio il numero di campioni prelevati,la loro profondità e il tipo di campionatore utilizzato:

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Le due perforazioni interne al cortile ( S1 e S2) sono state attrezzate con un piezometro tipo Casagrande con cella a profondità di 33 metri per il sondaggio S1 e con cella a profondità 12 metri per il sondaggio S2.

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Esecuzione di 6 prove statiche CPTU di cui una eseguita sul perimetro esterno a nord del fabbricato mentre le rimanenti 5 prove sono effettuate nel cortile interno lungo i quattro lati. Due delle prove interne sono effettuate in prossimità dei sondaggi. Tutte le prove sono state eseguite utilizzando il piezocono.

Esecuzione di due prove con dilatometro sismico (SDMT) eseguite in corrispondenza delle verticali penetrometriche nord e sud interne al cortile.

Esecuzione di due prove con dilatometro (DMT) eseguite nelle vicinanze delle verticali penetrometriche nord e sud interne al cortile.

Esecuzione di una prova DPSH eseguita sul perimetro esterno del fabbricato lato nord-est.

Ubicazione delle indagini

Si riporta la pianta riferita al piano terra dell’edificio de “La Sapienza” e la disposizione planimetrica delle indagini interne ed esterne descritte precedentemente.

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Sondaggi

I sondaggi sono operazioni in sito atti ad indagare direttamente la natura del terreno in modo tale da permettere la ricostruzione stratigrafica del punto indagato e l’acquisizione di campioni di terreno significativi, attraverso i quali, impostare le successive prove di laboratorio. In alcuni casi, come nel nostro, il sondaggio S1 e S2 hanno anche lo scopo di fornire l’alloggio di piezometri per la misura del livello di falda.

Il sondaggio è di fatto una perforazione del terreno, eseguito, nel nostro caso, con macchine tali da permettere il prelievo di carote continue. Pertanto, la tecnica utilizzata per le indagini prende il nome di sondaggio a rotazione a carotaggio continuo.

La macchina di perforazione è formata da un carotiere con apertura dentata detta tagliente per l’inserimento nel terreno. Questo ha un diametro che può variare tra 75 a 150 mm ed è inserito nel terreno in profondità attraverso una batteria di aste d’acciaio collegate all’elemento rotante che imprime in esso contemporaneamente una rotazione e spinta. Durante questa fase dinamica viene immessa nelle aste interne acqua o altro fluido di perforazione (aria compressa, fango) perché in questo modo si aumenta la velocità di penetrazione. Questa tecnologia è chiamata di circolazione diretta che si distingue dalla circolazione inversa in quanto quest’ultima immette acqua o altro fluido nelle pareti del foro d’indagine. La circolazione di fluido ha il vantaggio di aumentare la velocità di sondaggio ma rende difficile l’indagine di terreni poco coesivi, in particolare, nei terreni ghiaiosi si ha la frantumazione del materiale con la conseguente perdita del tratto sondato, mentre nei terreni più coesivi si può svolgere un carotaggio continuo, dove per limitare il dilavamento, si può operare anche a secco. Per evitare il dilavamento ma mantenere i vantaggi dell’immissione di fluido si può ricorrere al carotiere doppio il quale è formato da due pareti, dove, in quella più esterna circola acqua ruotando, mentre quella interna accoglie il terreno rimanendo ferma.

La macchina utilizzata è una Perforatrice idraulica cingolata COMACCHIO modello MC405 che ha effettuato i sondaggi a secco con carotieri semplici( lunghezza 1,5 m-diametro 101 mm), batterie di aste da 1,5 e tubi di rivestimento in acciaio di diametro pari a 127 mm.

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Sondaggio S1-est

Ad ogni manovra di sondaggio si inseriscono le “camicie” per la stabilizzazione del foro, in pratica si inseriscono dei tubi di acciaio di diametro maggiore al carotiere per rotazione fino alla profondità sondata, in questo modo si stabilizza il foro e successivamente si prosegue con il sondaggio. Al termine dell’intera indagine nel punto interessato, si ritirano le “camicie” con l’accortezza di non lasciarle svincolate e farle così scivolare nel foro, perché andrebbero perdute.

Il risultato dei sondaggi estratto dal carotiere viene inserito in cassette catalogatrici di plastica fatte a scomparti e viene segnata la profondità progressiva, la committenza, il luogo del sondaggio e il nominativo della prova; ogni cassetta è stata fotografata e per ogni sondaggio è stata eseguita una ricostruzione litostratigrafica.

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Inserimento delle carote estratte nelle cassette catalogatrici-Sondaggio 1

Dai sondaggi si è provveduto all’acquisizione di campioni indisturbati. La manovra di campionamento produce sempre un disturbo al terreno interessato a causa dell’attrito con la parete interna del campionatore, il distacco del campione o l’eventuale eccesso di campionamento rispetto al necessario. Questo disturbo aumenta all’aumentare del rapporto tra il volume di terreno spostato durante il campionamento ed il volume di terreno campionato.

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Come già esposto nel caso in esame i campionatori utilizzati sono di tipo Shelby e Osterberg.

Il primo è un campionatore a pareti sottili impresso nel terreno a pressione, dotato di parete tagliente all'estremità inferiore e permette di ottenere campioni indisturbati (classe Q5) in terreni consistenti. Il campione che si ottiene ha diametro di 100mm e altezza di 600mm.

Il campionatore Osterberg ha una scarpa tagliente e viene fatto avanzare, anche questo a pressione, con un pistone idraulico. Questo tipo di controllo permette una avanzamento più lento, quindi un minore disturbo del campione, in terreni coesivi, infatti, è possibile ottenere campioni indisturbati.

Misure piezometriche

L’installazione di un piezometro ha come scopo quello di poter controllare il livello della falda o delle falde di acque presenti nel terreno e di seguirne nel tempo le variazioni. Ne esistono di vari tipi quali : piezometri idraulici a tubo aperto,idraulici tipo Casagrande,elettrici e elettropneumatici. Nel nostro caso sono stati utilizzati piezometri idraulici tipo Casagrande. Questo Viene posizionato entro una perforazione di sondaggio, a profondità prestabilita, e poi opportunamente sigillato con bentonite e cemento.

Il piezometro Casagrande è costituito da una cella in ceramica porosa (diametro 50 mm), a forma di candela, e collegato ad una doppia tubazione in PVC (diametro singolo tubo 15 mm – spessore 3 mm).

I tubi collegati alla cella porosa risalgono lungo la perforazione fino al raggiungimento del boccaforo e vengono utilizzati sia per le letture, sia per eseguire lo spurgo della cella piezometrica.

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Cella porosa utilizzata

Le misure sono state eseguite tramite una sonda piezometrica (freatimetro),

dotata di un cavo centimetrato, fatta calare in uno dei due tubi che a contatto del pelo dell’acqua emette un segnale luminoso ed acustico.

I freatimetri basano il loro funzionamento sfruttando la proprietà conduttrice dell’acqua,una volta a contatto con il liquido,viene chiuso il circuito dello strumento ed attivato il segnale.

Procedura d’installazione:

viene posizionato il piezometro nel foro di sondaggio dopo averlo accuratamente pulito dai detriti di perforazione;

La cella porosa viene preventivamente saturata;

La posa della cella viene eseguita posizionando intorno alla cella stessa (2.5 m sopra e sotto) uno strato di sabbia pulita uniforme e satura;

Si isola la cella mediante il posizionamento alla base ed al tetto della sabbia di una miscela di bentonite e cemento;

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Prove penetrometriche con piezocono (CPTU)

Le prove penetrometriche consistono nell’infissione di una punta conica metallica a pressione con velocità costante pari a 2cm/s. La punta ha un angolo di apertura del cono di 60° ed il suo diametro è di 35,7 mm, questa è co llegata ad una serie di aste metalliche coassiali e filettate tali da permettere il raggiungimento della profondità utile. La punta utilizzata è elettrica quindi i dati vengono trasmessi direttamente ad un computer collegato al penetrometro, ed inoltre, è dotata di un filtro denominato pietra porosa, che permette la misura della pressione interstiziale del terreno indagato, in tal modo, la punta è chiamata piezocono.

La prova penetrometrica da una misura della resistenza all’avanzamento della punta (qc),

dell’attrito laterale della punta col terreno (fs), della pressione interstiziale dell’acqua nel

terreno (u) e della deviazione angolare della punta (α°), riportandone l’andamento in tempo reale sullo schermo di un computer. La prova penetrometrica statica è utilizzabile in qualsiasi tipologia di terreno ad eccezione delle ghiaie, in quanto la punta potrebbe danneggiarsi. Attraverso l’acquisizione dei suddetti dati e con il supporto di alcuni sondaggi, si può arrivare a identificare i terreni attraversati sia a livello granulometrico che, attraverso correlazioni empiriche, di risposta meccanica.

Il penetrometro utilizzato nelle indagini all’interno del cortile della Sapienza ( CPTU 1 Sud, CPTU 2 Nord, CPTU 3 Est, CPTU 4 Ovest, CPTU 4 BIS Ovest ) è il modello Pagani TG73-200 mentre per la CPTU 5 Nord esterna all’edifico è stato utilizzato il modello Pagani TG63-200.

Prova penetrometrica CPTU 1 (lato sud)

Prova penetrometrica CPTU 2 (lato nord)

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Prova penetrometrica CPTU 1 (lato sud)

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Prova penetrometrica CPTU 3 (lato est)

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Prova penetrometrica CPTU 5 esterna (lato nord)

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Il piezocono ha il vantaggio di essere più sensibile a strati di terreno di piccolo spessore rispetto ad una punta normale. Infatti, la resistenza alla punta risente degli effetti di scala sulle lenti di sabbia, quindi, per essere individuato in questo modo dovrebbe avere una dimensione significativa. Attraverso la misura della pressione interstiziale invece, si ha una sensibilità maggiore ed attraverso la caduta repentina dei valori di pressione si possono riconoscere queste lenti.

In tabella si riportano la denominazione con le quali sono state indicate ciascuna prova CPTU la profondità raggiunta e le coordinate geografiche:

Prova Profondità Coordinate

geografiche CPTU 1 Sud 33,6 N 43.717231° E 10.399266° CPTU 2 Nord 33,27 N 43.717379° E 10.399208° CPTU 3 Est 30,41 N 43.717324° E 10.399468° CPTU 4 Ovest 25,18 N 43.717262° E 10.399074° CPTU 4 bis Ovest

21,33 N 43.717265° E 10.399078° CPTU 5 Nord

27,99 N 43.717589° E 10.399318°

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Prove con dilatometro (DMT)

Il dilatometro piatto è una lama di acciaio avente dimensioni 95 × 200 × 15 mm, con il bordo inferiore affilato. Su una faccia è montata una membrana metallica circolare espandibile.

La lama viene fatta avanzare nel terreno verticalmente agendo su una batteria di aste. Un cavo elettropneumatico collega la lama con la centralina in superficie.

Ad intervalli regolari (generalmente ogni 20 cm) la penetrazione viene arrestata e viene immessa aria compressa, facendo dilatare la membrana contro il terreno. Ad ogni profondità vengono rilevati due valori di pressione:

p0 = pressione necessaria per controbilanciare la pressione del terreno ed iniziare il

movimento della membrana (pressione di distacco o lift-off);

p1 = pressione necessaria per ottenere una dilatazione del centro della membrana contro

il terreno di 1.1 mm.

p2 = pressione misurata al ritorno della membrana nella sua posizione iniziale di chiusura

(ottenuta usando valvola di sfiato lento dopo la lettura p1)

L'attrezzatura e le metodologie di misura utilizzate sono conformi alle raccomandazioni contenute nei documenti ASTM, Eurocode 7 e ISSMGE TC16 sotto referenziati.

I due valori di pressione determinati p0 e p1 vengono elaborati ottenendo i tre "parametri

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Id Indice di materiale

Kd Indice di spinta orizzontale

Ed Modulo dilatometrico

Ud Indice di pressione neutra

Dai parametri indice Id, Kd, Ed, applicando le correlazioni usuali (TC16, 2001), vengono ricavati i parametri:

M Modulo edometrico (terreni sia coesivi che granulari)

cu Coesione non drenata (terreni coesivi)

Ko Coefficiente di spinta a riposo (terreni coesivi)

OCR Grado di sovraconsolidazione (terreni coesivi)

Φ Angolo di attrito (terreni incoerenti)

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Prova DMT 2 (nord)

Le profondità raggiunte e le coordinate geografiche delle due prove sono riassunte in tabella:

PROVE PROFONDITA' (m) Coordinate geografiche DMT 1 sud 29 N 43.717366° E 10.399220° DMT 2 nord 28,8 N 43.717232° E 10.399260°

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Prove con dilatometro sismico (SDMT)

Il dilatometro sismico è la combinazione della lama dilatometrica con un modulo sismico che misura la velocità di propagazione delle onde di taglio Vs. Il modulo sismico è un corpo cilindrico, collocato sopra la lama,munito di due ricevitori distanti 0.50 m.

La configurazione della prova è “true interval” a due ricevitori. Tale configurazione evita i problemi connessi con la possibile inesatta determinazione dello zero dei tempi dall’impatto – talora riscontrati nella configurazione “pseudo interval” con un solo ricevitore. Inoltre la coppia di sismogrammi ai due ricevitori corrisponde allo stesso colpo, anziché a colpi successivi non necessariamente identici. Viene così molto migliorata la ripetibilità della misura di Vs. L’energizzazione avviene in superficie mediante un martello a pendolo, avente massa battente di ca 10 Kg. Essa percuote orizzontalmente la testa di una base parallelepipeda, pressata verticalmente contro il terreno dagli stabilizzatori del penetrometro. L’asse longitudinale della base parallelepipeda è orientato parallelamente all’asse dei ricevitori, in modo che essi offrano la massima sensibilità all’onda di taglio di interesse.

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Prova SDMT 2 nord : energizzazione

La velocità di propagazione delle onde di taglio Vs è il rapporto tra la differenza di distanza tra la sorgente e i due ricevitori ed il ritardo dell’arrivo dell’impulso dal primo al secondo ricevitore. Vs può essere convertita nel modulo di taglio iniziale Go. La conoscenza combinata di Go e del modulo M (da DMT) può essere di aiuto nella costruzione della curva di decadimento del modulo (G-ϒ). Le determinazioni di Vs vengono effettuate ogni 50 o 100 cm o alle profondità volute.

Le profondità raggiunte e le coordinate geografiche delle due prove sono riassunte in tabella: PROVE PROFONDITA' (m) Coordinate geografiche SDMT 1 sud 35 N 43.717366° E 10.399220° SDMT 2 nord 41,5 N 43.717232° E 10.399260°

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Prove penetrometriche dinamiche (DPHS)

La prova penetrometrica dinamica consiste nell’infiggere nel terreno una punta conica (per tratti consecutivi δδδδ) misurando il numero di colpi N necessari.

Le Prove Penetrometriche Dinamiche sono molto diffuse ed utilizzate nel territorio data la loro semplicità esecutiva, economicità e rapidità di esecuzione.

La loro elaborazione, interpretazione e visualizzazione grafica consente di “catalogare e parametrizzare” il suolo attraversato con un’immagine in continuo, che permette anche di avere un raffronto sulle consistenze dei vari livelli attraversati e una correlazione diretta con sondaggi geognostici per la caratterizzazione stratigrafica.

La sonda penetrometrica permette inoltre di riconoscere abbastanza precisamente lo spessore delle coltri sul substrato, la quota di eventuali falde e superfici di rottura sui pendii, e la consistenza in generale del terreno.

L’utilizzo dei dati, ricavati da correlazioni indirette e facendo riferimento a vari autori, dovrà comunque essere trattato con le opportune cautele e, possibilmente, dopo esperienze geologiche acquisite in zona.

Elementi caratteristici del penetrometro dinamico sono i seguenti: - peso massa battente M

- altezza libera caduta H

- punta conica: diametro base cono D, area base A (angolo di apertura αααα) - avanzamento (penetrazione) δδδδ

- presenza o meno del rivestimento esterno (fanghi bentonitici).

Con riferimento alla classificazione ISSMFE (1988) dei diversi tipi di penetrometri dinamici si rileva una prima suddivisione in quattro classi (in base al peso M della massa battente) :

- tipo LEGGERO (DPL)

- tipo MEDIO (DPM)

- tipo PESANTE (DPH)

- tipo SUPERPESANTE (DPSH)

31 Nel nostro caso abbiamo le seguenti caratteristiche:

L’unica prova DPSH è stata eseguita all’esterno della Sapienza nella parte nord-est. La profondità raggiunta è di 13 metri.

3.1.2 Prove di laboratorio

Le prove di laboratorio svolte nel caso in esame dal Dipartimento di Ingegneria civile dell’Università di Pisa sono:

• Granulometria; attraverso setacciatura e aerometria si determina il fuso granulometrico di ogni campione.

• Limiti di Atterberg; si determina il limite liquido e il limite plastico per calcolare l’indice di plasticità.

• Prove edometriche; con questa prova si cerca di conoscere la compressibilità del terreno campionato.

• Prove Triassiali; per controllare e studiare il comportamento del materiale nei casi di assialsimmetria o deformazione piana.

• Prove di colonna risonante; determina il modulo di taglio G e lo smorzamento dei terreni a bassi livelli di deformazione.

Le prove sono state eseguite su 20 dei 29 campioni prelevati tramite i sondaggi. I rimanenti 9 campioni sono stati messi a disposizione per eventuali ulteriori accertamenti

32

Nella tabella seguente si riportano le profondità dei 20 campioni esaminati e le relative prove svolte su ciascuno di essi:

PALAZZO DE "LA SAPIENZA"

_{: CAMPIONI PRELEVATI E PROVE DI LABORATORIO}

ESEGUITE

SONDAGGIO CAMPIONE N° PROFONDITA'

(m) Granul. Limiti Aerom. Tx CIU EDO CR

S1 Est 687 3,70 - 4,00 S1 Est 688 6,00 - 6,50 X X X X S1 Est 689 9,50 - 10,00 X X X X X S1 Est 690 10,50 - 11,00 X X X X X X S1 Est 691 14,00 - 14,50 X X X X S1 Est 692 16,00 - 16,50 S1 Est 693 18,50 -19,00 X X X X X S1 Est 694 22,50 -23,00 S1 Est 695 26,50 - 27,00 X X X X S1 Est 696 31,50 - 32,00 X X X X X S2 Ovest 697 3,50 - 4,20 X X X X X S2 Ovest 698 6,00 - 6,70 X X X X X S2 Ovest 699 9,00 - 9,70 X X X X X S2 Ovest 700 10,60 - 11,30 X X X X S2 Ovest 701 15,00 - 15,50 X X X X X S2 Ovest 702 17,00 - 17,50 X X X X S2 Ovest 703 19,50 - 20,00 S2 Ovest 704 21,50 - 22,00 X X X X S2 Ovest 705 25,50 - 26,00 X X X X X S2 Ovest 706 31,20 - 31,70 S3 Nord-Est 707 7,50 - 8,00 S4 Nord-Ovest 716 5,50 - 6,00 X X X X X S4 Nord-Ovest 717 7,50 - 8,00 S5 Sud-Ovest 718 4,50 - 5,00 S5 Sud-Ovest 719 7,50 - 8,00 X X X X S6 Sud-Est 720 7,00 - 7,50 X X X X S6 Sud-Est 721 9,00 - 9,60 X X X X S7 Sud 722 7,40 - 8,00 X X X X S7 Sud 723 8,80 - 9,30 X = Prova eseguita

33

In primo luogo si è effettuata l’apertura dei campioni indisturbati, in particolare si è estruso attraverso un apposito pistone, il campione dalla fustella, si è eseguito la prova penetrometrica con il pocket ogni 5cm e si è fotografato il campione a confronto con una tabella colorimetrica standard, redigendo un verbale con l’ indicazione dei dati del campione (data, committente, cantiere, sondaggio, campione, profondità, n. di registro ecc.). Successivamente si è predisposta una parte di materiale per eseguire le prove mentre la rimanente è stata sigillata e ricollocata in camera umida.

Pistone estrattore del campione

Foto di identificazione campione

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Granulometria

Per determinare le frazioni granulometriche di un terreno si ricorre a dei setacci standardizzati dalla normativa ASTM C136 e D422, con i quali si può determinare la quantità percentuale in peso trattenuta. Questa operazione di vagliatura è operabile fino al setaccio ASTM 200 che corrisponde ad un’apertura di 75µm, per materiale più fine, si ricorre all’analisi per sedimentazione o aerometria (ASTM D1140). La vagliatura può essere svolta per via secca dopo avere disgregato il terreno senza alterarne la struttura, dopo aver essiccato e pesato una quantità di campione e passato alla serie di setacci indicata, annotando i rispettivi trattenuti. Determinate di conseguenza le percentuali sul totale dei singoli passanti ad ogni setaccio si può costruire la curva granulometrica.

Materiale e attrezzature per prove granulometriche

Sul materiale passante al setaccio n° 4 ASTM di m aglia 4.76 mm si opera un’analisi per via umida, dopo aver essiccato e pesato una quantità di campione (120g), si procede al lavaggio vaglio per vaglio. I singoli trattenuti vengono poi essiccati e pesati per determinarne la percentuale dei rispettivi passanti.

Per il passante al setaccio 200 (0.075 mm) si esegue la prova per aerometria che consiste nel determinare il tempo di sedimentazione delle particelle di terreno in una soluzione di acqua, terreno e anticoagulante. Si mescola la soluzione di terreno, esametafosfato di sodio, carbonato di sodio e acqua distillata in quantità indicate dalle norme in un recipiente fino a renderla omogenea, poi si mette in una vasca termostatica dove si eseguono misure con aerometro del peso di volume a determinati intervalli di tempo in progressione geometrica. La prova si basa sulla legge di Stokes:

35

=H_t

 = _ctH

Dove:

v = velocità di caduta (cm/s). d = diametro della particella (mm).

η = viscosità del fluido (gs/cm2), funzione della temperatura. Gs = peso specifico dei grani, funzione della temperatura.

H = altezza di caduta.

T = intervallo di tempo considerato (s).

La percentuale in peso dei grani aventi diametro minore di d vale:

% =_P 100 ∙ G

∙ (G− 1) ∙ m + 1000 ∙ (r + c − 1)

Dove:

Ps = peso del terreno.

Gs = peso specifico dei grani.

r = lettura effettuata al tempo t.

m = fattore correttivo che tiene conto della differenza di temperatura alla quale viene eseguita la prova dalla temperatura di taratura dello strumento.

c = fattore correttivo che tiene conto dell’innalzamento del livello di sospensione per effetto menisco.

Limiti di Atterberg

La consistenza di un terreno coesivo dipende dal contenuto d’acqua in modo tale che esso si presenti in uno stato liquido, plastico, semisolido o solido. I limiti del contenuto d’acqua che definiscono il comportamento plastico del terreno, ossia la capacità di modellazione di un materiale senza fessurarlo, si definiscono limite liquido e limite plastico. Questi limiti sono comunemente conosciuti come limiti di Atterberg, la cui determinazione segue gli standard: ASTM D4318, D427, D4943.

Il limite plastico è definito come il contenuto d’acqua per il quale il terreno perde plasticità, punto di passaggio fra lo stato plastico e quello semisolido. Esso è determinato attraverso il contenuto d’acqua all’istaurarsi delle fessurazioni durante l’esecuzione manuale di cilindri di terreno da 3,2 mm di diametro.

36

Il limite liquido invece si determina con l’ausilio del cucchiaio di Casagrande. Si inserisce all’interno del cucchiaio 100g di materiale omogeneizzato con acqua distillata passante al setaccio 40, successivamente si realizza un solco e si mette in movimento il cucchiaio fermandosi alla chiusura del solco nella misura di circa 1cm di lunghezza. Si preleva parte del terreno che si è chiuso nel solco e se ne misura il contenuto d’acqua e si relaziona in un grafico con il numero dei colpi ottenuti. Si ripete l’operazione, togliendo umidità con una spatola, per altre tre volte, successivamente, s’interpolano i punti nel grafico ottenuto e si determina il contenuto d’acqua a 25 colpi. Il valore in percentuale che si ottiene indica convenzionalmente il limite liquido, punto di passaggio fra lo stato liquido e lo stato plastico.

Prove edometriche

Le prove edometriche permettono di trovare i parametri d

applicando una sequenza di carichi verticali su un provino cilindrico contenuto lateralmente in modo da evitare deformazioni laterali e l'eventuale flusso d'acqua, misurando le sole deformazioni che possono avvenire, quelle

processo di consolidazione in senso monodirezionale. Esse inoltre consentono, sopratutto nel caso di terreni argillosi, di valutare la storia tensionale del deposito, quindi la pressione di preconsolidazione e l'OCR.

Il provino di terreno viene ottenuto dal campione indisturbato infiggendovi l'anello di contenimento, il cui diametro non deve essere inferiore a 50 mm e il rapporto diametro/altezza deve essere compreso tra 2,5 e 4: il provino risulta quindi abbastanza schiacciato, questo per ridurre al minimo le dissipazioni energetiche dovute alle tensioni tangenziali e per avere un tempo di consolidazione relativamente basso. Il provino così preparato viene pesato. In seguito sulle due basi viene posizionata carta da filtro e pi porosa, per favorire il drenaggio: l'insieme viene messo in un contenitore apposito, detto cella edometrica, e viene aggiunta acqua distillata per garantire la saturazione del provino durante la prova.

Chiusura del solco nel cucchiaio di Casagrande.

37

Le prove edometriche permettono di trovare i parametri di compressibilità del materiale applicando una sequenza di carichi verticali su un provino cilindrico contenuto lateralmente in modo da evitare deformazioni laterali e l'eventuale flusso d'acqua, misurando le sole deformazioni che possono avvenire, quelle verticali: si indaga così il processo di consolidazione in senso monodirezionale. Esse inoltre consentono, sopratutto nel caso di terreni argillosi, di valutare la storia tensionale del deposito, quindi la pressione

o di terreno viene ottenuto dal campione indisturbato infiggendovi l'anello di contenimento, il cui diametro non deve essere inferiore a 50 mm e il rapporto diametro/altezza deve essere compreso tra 2,5 e 4: il provino risulta quindi abbastanza , questo per ridurre al minimo le dissipazioni energetiche dovute alle tensioni tangenziali e per avere un tempo di consolidazione relativamente basso. Il provino così preparato viene pesato. In seguito sulle due basi viene posizionata carta da filtro e pi porosa, per favorire il drenaggio: l'insieme viene messo in un contenitore apposito, detto cella edometrica, e viene aggiunta acqua distillata per garantire la saturazione del provino

Chiusura del solco nel cucchiaio di Casagrande.

i compressibilità del materiale applicando una sequenza di carichi verticali su un provino cilindrico contenuto lateralmente in modo da evitare deformazioni laterali e l'eventuale flusso d'acqua, verticali: si indaga così il processo di consolidazione in senso monodirezionale. Esse inoltre consentono, sopratutto nel caso di terreni argillosi, di valutare la storia tensionale del deposito, quindi la pressione

o di terreno viene ottenuto dal campione indisturbato infiggendovi l'anello di contenimento, il cui diametro non deve essere inferiore a 50 mm e il rapporto diametro/altezza deve essere compreso tra 2,5 e 4: il provino risulta quindi abbastanza , questo per ridurre al minimo le dissipazioni energetiche dovute alle tensioni tangenziali e per avere un tempo di consolidazione relativamente basso. Il provino così preparato viene pesato. In seguito sulle due basi viene posizionata carta da filtro e pietra porosa, per favorire il drenaggio: l'insieme viene messo in un contenitore apposito, detto cella edometrica, e viene aggiunta acqua distillata per garantire la saturazione del provino

Tramite delle viti viene fissato il provino a

di un sistema di ripartizione dei carichi e di un micrometro che garantisce una precisione dello 0,01% dell'altezza del provino per misurarne le variazioni, collegato ad un sistema di acquisizione computerizzato che le registra ad intervalli di tempo predefiniti.

Il metodo prevede una prima fase di consolidazione, durante la quale il provino espelle acqua, pertanto nelle prime fasi di applicazione dei carichi è necessario verificare che non si abbiano rigonfiamenti dovuti all'eventuale assorbimento e, nel caso, aumentare il carico iniziale applicato finchè il materiale non inizia a consolidare. Si procede poi all'applicazione dei carichi, mediante pesi calibrati, che devono essere costanti per 24 ore, così da garantire la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali. Gli incrementi di pressione verticale ∆σv sono applicati in progressione geometrica, cioè ogni incremento è pari al

carico raggiunto nella fase precedente. Dopo la fase di compressione/consolid

le stesse modalità, per almeno la metà degli steps effettuati in fase di carico: in questa fase il provino assorbirà acqua e rigonfierà.

Noti i valori dell'abbassamento verticale corrispondente,pari a

è possibile riportare i risultati in scala semilogaritmica sui piani doveεvrappresenta la deformazione verticale e

relazioni:

Andiamo così a costruire le curve di

l'andamento che si vede in figura, interpretabili sulla base della teoria della c

38

Tramite delle viti viene fissato il provino al basamento apposito nell'edometro che è dotato di un sistema di ripartizione dei carichi e di un micrometro che garantisce una precisione dello 0,01% dell'altezza del provino per misurarne le variazioni, collegato ad un sistema di

ato che le registra ad intervalli di tempo predefiniti.

Il metodo prevede una prima fase di consolidazione, durante la quale il provino espelle acqua, pertanto nelle prime fasi di applicazione dei carichi è necessario verificare che non iamenti dovuti all'eventuale assorbimento e, nel caso, aumentare il carico iniziale applicato finchè il materiale non inizia a consolidare. Si procede poi all'applicazione dei carichi, mediante pesi calibrati, che devono essere costanti per 24 ore, così da garantire la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali. Gli incrementi di pressione

sono applicati in progressione geometrica, cioè ogni incremento è pari al carico raggiunto nella fase precedente.

Dopo la fase di compressione/consolidazione, si procede allo scarico del provino, secondo le stesse modalità, per almeno la metà degli steps effettuati in fase di carico: in questa fase il provino assorbirà acqua e rigonfierà.

Noti i valori dell'abbassamento verticale∆H per ogni incremento di carico e la tensione

′ = _{# ∗ $}4 ∗ "

possibile riportare i risultati in scala semilogaritmica sui piani [log σ

rappresenta la deformazione verticale e e l'indice dei vuoti, ottenibil

ɛ = &'_'( )* =&'

'((1  *+

Andiamo così a costruire le curve di compressibilità edometrica, aventi generalmente l'andamento che si vede in figura, interpretabili sulla base della teoria della c

l basamento apposito nell'edometro che è dotato di un sistema di ripartizione dei carichi e di un micrometro che garantisce una precisione dello 0,01% dell'altezza del provino per misurarne le variazioni, collegato ad un sistema di

ato che le registra ad intervalli di tempo predefiniti.

Il metodo prevede una prima fase di consolidazione, durante la quale il provino espelle acqua, pertanto nelle prime fasi di applicazione dei carichi è necessario verificare che non iamenti dovuti all'eventuale assorbimento e, nel caso, aumentare il carico iniziale applicato finchè il materiale non inizia a consolidare. Si procede poi all'applicazione dei carichi, mediante pesi calibrati, che devono essere costanti per 24 ore, così da garantire la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali. Gli incrementi di pressione sono applicati in progressione geometrica, cioè ogni incremento è pari al

azione, si procede allo scarico del provino, secondo le stesse modalità, per almeno la metà degli steps effettuati in fase di carico: in questa

di carico e la tensioneσ'v

σ'v, εv] e [ log σ'v, e],

l'indice dei vuoti, ottenibili dalle seguenti

, aventi generalmente l'andamento che si vede in figura, interpretabili sulla base della teoria della consolidazione.

Le curve sono omologhe in quanto differiscono unicamente per il fattore Il grafico può essere interpretato t

Esso, in sito, era soggetto alla pressione litostatica, ma ha subito

inevitabile dovuta al campionamento, l'estrazione, il trasporto e l'estrusione dal campionatore, poi ha eventualmente subito una successiva saturazione dovuta all'immersione in acqua distillata. Pertanto le prime fasi della prova (punti

considerare “di ricompressione”, dopo lo scarico subito. Il secondo tratto della curva (punti 2-5) comprende il ginocchio di essa, cui si fa corrispondere il valore della pressione di preconsolidazione, massima tensione verticale sopportata d

carico, ottenibile mediante la costruzione di Casagrande:

39

Le curve sono omologhe in quanto differiscono unicamente per il fattore

Il grafico può essere interpretato tenendo conto della storia tensodeformativa del provino.

Esso, in sito, era soggetto alla pressione litostatica, ma ha subito una decompressione inevitabile dovuta al campionamento, l'estrazione, il trasporto e l'estrusione dal campionatore, poi ha eventualmente subito una successiva saturazione dovuta all'immersione in acqua distillata. Pertanto le prime fasi della prova (punti

considerare “di ricompressione”, dopo lo scarico subito. Il secondo tratto della curva (punti 5) comprende il ginocchio di essa, cui si fa corrispondere il valore della pressione di preconsolidazione, massima tensione verticale sopportata dal materiale nella sua storia di carico, ottenibile mediante la costruzione di Casagrande:

Le curve sono omologhe in quanto differiscono unicamente per il fattore (1+e0).

deformativa del provino.

una decompressione inevitabile dovuta al campionamento, l'estrazione, il trasporto e l'estrusione dal campionatore, poi ha eventualmente subito una successiva saturazione dovuta all'immersione in acqua distillata. Pertanto le prime fasi della prova (punti 1-2) sono da considerare “di ricompressione”, dopo lo scarico subito. Il secondo tratto della curva (punti 5) comprende il ginocchio di essa, cui si fa corrispondere il valore della pressione di al materiale nella sua storia di

• si determina M, il punto di massima curvatura del grafico;

• si tracciano per M la retta dell'angolo formato da t e o;

• si traccia la retta che meglio approssima la parte terminale della curva di carico, fino ad intersecare la bisettrice b.

Il punto di intersezione rappresenta la pressione di preconsolidazione cercata, La parte successiva della curva, f

a una compressione vergine, di primo carico, ed ha un andamento pressoché rettilineo, mentre il tratto finale (punti 8-11) rappresenta lo scarico tensionale, quindi il rigonfiamento. Per ogni incremento di carico, quindi per ogni stato di tensione, è possibile calcolare il

coefficiente di compressibilità di volume m ,

Inoltre, nota la pressione σ'p,

terreno, cioè:

dove σ'v0è la tensione verticale alla profondità

La curva sperimentale viene generalmente schematizzata come nelle figure successive a partire dal punto A, linearizzandola, e, a seconda che si diagrammino deformazioni verticali o indici dei vuoti, si ottengono i

ramo.

40

si determina M, il punto di massima curvatura del grafico;

si tracciano per M la retta t tangente alla curva, o, retta orizzontale e

si traccia la retta che meglio approssima la parte terminale della curva di carico, fino

Il punto di intersezione rappresenta la pressione di preconsolidazione cercata, La parte successiva della curva, fino al termine della fase di carico (punti 5

a una compressione vergine, di primo carico, ed ha un andamento pressoché rettilineo, 11) rappresenta lo scarico tensionale, quindi il rigonfiamento. emento di carico, quindi per ogni stato di tensione, è possibile calcolare il

coefficiente di compressibilità di volume mv e il suo reciproco, il modulo edometrico M

, =_&./&ɛ-_- 0 = 1

2

-, è possibile determinare il grado di sovraconsolidazione del

345 = _′′6

+

è la tensione verticale alla profondità di campionamento del terreno in sito.

La curva sperimentale viene generalmente schematizzata come nelle figure successive a partire dal punto A, linearizzandola, e, a seconda che si diagrammino deformazioni verticali o indici dei vuoti, si ottengono i rapporti o gli indici di compressibilità

retta orizzontale e b, bisettrice si traccia la retta che meglio approssima la parte terminale della curva di carico, fino

Il punto di intersezione rappresenta la pressione di preconsolidazione cercata,σ'p.

ino al termine della fase di carico (punti 5-8) corrisponde a una compressione vergine, di primo carico, ed ha un andamento pressoché rettilineo, 11) rappresenta lo scarico tensionale, quindi il rigonfiamento. emento di carico, quindi per ogni stato di tensione, è possibile calcolare il

modulo edometrico M:

è possibile determinare il grado di sovraconsolidazione del

di campionamento del terreno in sito.

La curva sperimentale viene generalmente schematizzata come nelle figure successive a partire dal punto A, linearizzandola, e, a seconda che si diagrammino deformazioni

I più significativi sono ovviamente quelli relativi al ramo di compressione vergine:

45 = &ɛ

-&789./-

Prove triassiali CIU

Con le prove triassiali si intende riprodurre un determinato stato tensionale su un provino e monitorare, misurando la dissipazi

tensioni efficaci fino alle condizioni di rottura.

Le prove triassiali riproducono diversi stati tensionali e condizioni di drenaggio, in riferimento a condizioni reali, e si suddividono in:

• prove non consolidate,non drenate (

• prove consolidate, non drenate (

• prove consolidate, drenate (

La prova consiste nel sottoporre un provino cilindrico all'azione di un carico assiale sulla base con l'ausilio di un pistone e a quella assialsimmetrica

superficie laterale, portandolo a rottura.

Le prove triassiali standard vengono generalmente eseguite su un minimo di tre provini ottenuti da campioni indisturbati di terreni a grana medio/fine per determinare le caratteristiche di resistenza al taglio e la rigidezza dello scheletro solido. Il provino di terreno ha forma cilindrica, avente diametro standard di 35 o 50 mm, il rapporto diametro/altezza deve essere maggiore di 2 secondo le raccomandazioni AGI: viene ricavato per infissione di una fustella in un blocchetto di terreno isolato dal campione indisturbato, poi regolarizzato e infine estratto dalla fustella. Viene pesato e rivestito lateralmente mediante una membrana di lattice impermeabile che non consente il contatto con il fluido in pressione.

41

I più significativi sono ovviamente quelli relativi al ramo di compressione vergine:

:_; = <&=

&789./

-Con le prove triassiali si intende riprodurre un determinato stato tensionale su un provino e monitorare, misurando la dissipazione delle pressioni interstiziali, l'evoluzione delle tensioni efficaci fino alle condizioni di rottura.

Le prove triassiali riproducono diversi stati tensionali e condizioni di drenaggio, in riferimento a condizioni reali, e si suddividono in:

consolidate,non drenate (UU); prove consolidate, non drenate (CIU); prove consolidate, drenate (CID).

La prova consiste nel sottoporre un provino cilindrico all'azione di un carico assiale sulla base con l'ausilio di un pistone e a quella assialsimmetrica di un fluido in pressione sulla superficie laterale, portandolo a rottura.

Le prove triassiali standard vengono generalmente eseguite su un minimo di tre provini ottenuti da campioni indisturbati di terreni a grana medio/fine per determinare le tiche di resistenza al taglio e la rigidezza dello scheletro solido. Il provino di terreno ha forma cilindrica, avente diametro standard di 35 o 50 mm, il rapporto diametro/altezza deve essere maggiore di 2 secondo le raccomandazioni AGI: viene r infissione di una fustella in un blocchetto di terreno isolato dal campione indisturbato, poi regolarizzato e infine estratto dalla fustella. Viene pesato e rivestito lateralmente mediante una membrana di lattice impermeabile che non consente il contatto I più significativi sono ovviamente quelli relativi al ramo di compressione vergine:

Con le prove triassiali si intende riprodurre un determinato stato tensionale su un provino e one delle pressioni interstiziali, l'evoluzione delle

Le prove triassiali riproducono diversi stati tensionali e condizioni di drenaggio, in

La prova consiste nel sottoporre un provino cilindrico all'azione di un carico assiale sulla di un fluido in pressione sulla

Le prove triassiali standard vengono generalmente eseguite su un minimo di tre provini ottenuti da campioni indisturbati di terreni a grana medio/fine per determinare le tiche di resistenza al taglio e la rigidezza dello scheletro solido. Il provino di terreno ha forma cilindrica, avente diametro standard di 35 o 50 mm, il rapporto diametro/altezza deve essere maggiore di 2 secondo le raccomandazioni AGI: viene r infissione di una fustella in un blocchetto di terreno isolato dal campione indisturbato, poi regolarizzato e infine estratto dalla fustella. Viene pesato e rivestito lateralmente mediante una membrana di lattice impermeabile che non consente il contatto

La membrana deve essere dotata di elevata deformabilità, in modo da non inficiare le deformazioni durante la prova.

Viene quindi determinato il contenuto d'acqua iniziale w dalla preparazione del provino

Poiché il diametro del provino deve essere maggiore di almeno 10 volte la dimensione massima dei grani, non è possibile effettuare prove triassiali su ghiaie o su materiali contenenti ciottoli.

L'apparecchio triassiale è costituito essenzia

mantenere il fluido interno, generalmente acqua, alla pressione prestabilita, di dimensioni tali da permettere le deformazioni del provino; deve essere inoltre trasparente così da poter controllare lo stato del provin

un pistone e ripartito tramite una piastra metallica che ricopre il provino, provvisto di pietra porosa e un disco di carta da filtro alle estremità. Sia in alto che in basso, il provino è stretto da guarnizioni in gomma rispettivamente alla piastra di carico e al basamento della cella. Il provino è inoltre collegato idraulicamente con l'esterno mediante sottili e flessibili tubi di drenaggio a contatto con le due pietre porose ,che permettono anche

di acqua per la iniziale saturazione.

E' di seguito rappresentato uno schema dell'apparecchio triassiale.

42

La membrana deve essere dotata di elevata deformabilità, in modo da non inficiare le deformazioni durante la prova.

Viene quindi determinato il contenuto d'acqua iniziale wn, utilizzando il materiale ecceduto

e del provino.

Poiché il diametro del provino deve essere maggiore di almeno 10 volte la dimensione massima dei grani, non è possibile effettuare prove triassiali su ghiaie o su materiali

L'apparecchio triassiale è costituito essenzialmente da una cella cilindrica tale da mantenere il fluido interno, generalmente acqua, alla pressione prestabilita, di dimensioni tali da permettere le deformazioni del provino; deve essere inoltre trasparente così da poter controllare lo stato del provino e l'avvenuta rottura. Il carico assiale viene indotto da un pistone e ripartito tramite una piastra metallica che ricopre il provino, provvisto di pietra porosa e un disco di carta da filtro alle estremità. Sia in alto che in basso, il provino è da guarnizioni in gomma rispettivamente alla piastra di carico e al basamento della cella. Il provino è inoltre collegato idraulicamente con l'esterno mediante sottili e flessibili tubi di drenaggio a contatto con le due pietre porose ,che permettono anche

di acqua per la iniziale saturazione.

E' di seguito rappresentato uno schema dell'apparecchio triassiale.

La membrana deve essere dotata di elevata deformabilità, in modo da non inficiare le

utilizzando il materiale ecceduto

Poiché il diametro del provino deve essere maggiore di almeno 10 volte la dimensione massima dei grani, non è possibile effettuare prove triassiali su ghiaie o su materiali

lmente da una cella cilindrica tale da mantenere il fluido interno, generalmente acqua, alla pressione prestabilita, di dimensioni tali da permettere le deformazioni del provino; deve essere inoltre trasparente così da o e l'avvenuta rottura. Il carico assiale viene indotto da un pistone e ripartito tramite una piastra metallica che ricopre il provino, provvisto di pietra porosa e un disco di carta da filtro alle estremità. Sia in alto che in basso, il provino è da guarnizioni in gomma rispettivamente alla piastra di carico e al basamento della cella. Il provino è inoltre collegato idraulicamente con l'esterno mediante sottili e flessibili tubi di drenaggio a contatto con le due pietre porose ,che permettono anche l'inserimento

Nel nostro caso sono state eseguite solo prove triassiali di tipo CIU (consolidate, non drenate).

La prova di compressione trias

interstiziale permette di determinare la resistenza al taglio non drenata in un provino sottoposto ad uno stato tensionale definito.

Si articola in tre fasi:

• Saturazione

• Consolidazione

• Compressione fino a rottura.

Le prime due fasi portano il provino, completamente saturato, allo stato di tensioni efficaci prestabilito per la fase di compressione.

Nella fase di saturazione il provino viene saturato mediante l'applicazione contemporanea di una tensione isotropa e di una poco minore contropressione dell'acqua interstiziale: viene in seguito applicato un incremento della pressione di cella

l'incremento di pressione interstiziale conseguente 0,95 per iniziare la successiva fase di consolidazione.

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Nel nostro caso sono state eseguite solo prove triassiali di tipo CIU (consolidate, non

La prova di compressione triassiale consolidata non-drenata con misura della pressione interstiziale permette di determinare la resistenza al taglio non drenata in un provino sottoposto ad uno stato tensionale definito.

ino a rottura.

Le prime due fasi portano il provino, completamente saturato, allo stato di tensioni efficaci prestabilito per la fase di compressione.

Nella fase di saturazione il provino viene saturato mediante l'applicazione contemporanea e isotropa e di una poco minore contropressione dell'acqua interstiziale: viene in seguito applicato un incremento della pressione di cella ∆σ

l'incremento di pressione interstiziale conseguente ∆u e ∆σ deve risultare maggiore di 0,95 per iniziare la successiva fase di consolidazione.

Nel nostro caso sono state eseguite solo prove triassiali di tipo CIU (consolidate, non

drenata con misura della pressione interstiziale permette di determinare la resistenza al taglio non drenata in un provino

Le prime due fasi portano il provino, completamente saturato, allo stato di tensioni efficaci

Nella fase di saturazione il provino viene saturato mediante l'applicazione contemporanea e isotropa e di una poco minore contropressione dell'acqua interstiziale:

∆σ e il rapporto tra deve risultare maggiore di