Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche geomeccaniche

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Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche

geomeccaniche

A differenza delle perforazioni descritte a distruzione di nucleo che ci consentono attraverso l’analisi A differenza delle perforazioni descritte a distruzione di nucleo che ci consentono attraverso l’analisi dei cuttings di ricostruire la successione litostratigrafica, le perforazioni geognostiche finalizzate dei cuttings di ricostruire la successione litostratigrafica, le perforazioni geognostiche finalizzate all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche (trreni incoerenti e pseudocoerenti) e

all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche (trreni incoerenti e pseudocoerenti) e

geomeccaniche (terreni coerenti) utilizzate di solito per le opere di ingegneria civile hanno vari geomeccaniche (terreni coerenti) utilizzate di solito per le opere di ingegneria civile hanno vari scopi:

scopi:

-verificare (non ricostruire) la reale successione litostratigrafica mediante l’analisi delle carote, -verificare (non ricostruire) la reale successione litostratigrafica mediante l’analisi delle carote, -prelevare campioni indisturbati da cui determinare in laboratorio i parametri geotecnici, prelevare campioni indisturbati da cui determinare in laboratorio i parametri geotecnici,

-l’esecuzione di prove in foro per acquisire le caratteristiche geotecniche dei terreni in situ,l’esecuzione di prove in foro per acquisire le caratteristiche geotecniche dei terreni in situ, - l’istallazione di strumenti di monitoraggio.l’istallazione di strumenti di monitoraggio.

Tali perforazioni non vengono eseguite distruzione di nucleo, ma:

1)a1)a carotaggio continuo;carotaggio continuo;

2)utilizzando campionatori per il prelievo di campioni da analizzare in laboratorio; 2)utilizzando campionatori per il prelievo di campioni da analizzare in laboratorio;

3)3)effettuando prove in foroeffettuando prove in foro. .

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La perforazione a rotazione a

La perforazione a rotazione a carotaggio continuo carotaggio continuo (continuo perché effettuata dal p.c. alla profondità (continuo perché effettuata dal p.c. alla profondità prefissata) consiste nella rotazione di un utensile di perforazione, il

prefissata) consiste nella rotazione di un utensile di perforazione, il carotiere, che produce un cilindro di roccia carotiere, che produce un cilindro di roccia fresata chiamata carota estratta periodicamente. Tale perforazione può avvenire a secco , con circolazione diretta fresata chiamata carota estratta periodicamente. Tale perforazione può avvenire a secco , con circolazione diretta del fluido di perforazione costituito solo da acqua non additivata con funzione di raffreddare l’utensile di

del fluido di perforazione costituito solo da acqua non additivata con funzione di raffreddare l’utensile di

perforazione , e talvolta con circolazione inversa. Le pareti del foro se necessario vengono rivestite e sostenute perforazione , e talvolta con circolazione inversa. Le pareti del foro se necessario vengono rivestite e sostenute con tubi di manovra. L’acqua di solito non va riciclata.

con tubi di manovra. L’acqua di solito non va riciclata.

Esistono due tecnologie di perforazione a rotazione a carotaggio continuo:

-Perforazione ad aste e carotiere;Perforazione ad aste e carotiere;

-Perforazione wire-line (a fune).Perforazione wire-line (a fune).

Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo

geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo

a) Perforazione ad aste e carotiere: avviene tramite aste di collegamento che vengono tirate su dopo ogni a) : avviene tramite aste di collegamento che vengono tirate su dopo ogni battuta (tratto perforato) per estrarre dal carotiere, posto alla base della colonna di aste, la carota. Il battuta (tratto perforato) per estrarre dal carotiere, posto alla base della colonna di aste, la carota. Il raggiungimento di profondità maggiori avviene aggiungendo in superficie aste alla batteria. Le aste hanno raggiungimento di profondità maggiori avviene aggiungendo in superficie aste alla batteria. Le aste hanno diametri tra 34 mm e 89 mm (di solito 76 mm), sono cave all’interno per l’eventuale circolazione del fluido di diametri tra 34 mm e 89 mm (di solito 76 mm), sono cave all’interno per l’eventuale circolazione del fluido di perforazione (circolazione diretta). La lunghezza delle aste varia da 500 a 6000 mm (di solito 1500 mm).

perforazione (circolazione diretta). La lunghezza delle aste varia da 500 a 6000 mm (di solito 1500 mm).

b) Perforazione wire-line (a fune)b) : Il sistema wire line ed è stato introdotto per velocizzare i tempi di recupero : delle carote a grande profondità. Necessita di aste di grande diametro comuni nelle perforazioni molto profonde che consentono di fare scendere velocemente un carotiere in fondo al foro. La perforazione avviene tramite la avviene tramite la rotazione di una colonna tubolare esterna con alla base una corona, contenente al suo interno un carotiere.

rotazione di una colonna tubolare esterna con alla base una corona, contenente al suo interno un carotiere.

La batteria è così recuperata solo quando si deve cambiare la corona. Il recupero del carotiere è effettuato da un pescante a punta conica, calato dall’alto tramite un cavo d’acciaio collegato al verricello in testa, che si aggancia in profondità alla testa del carotiere vero e proprio.

Il vantaggio di questo metodo è quindi la velocità, dato che riduce i tempi di manovra, evitando il disarmo delle aste, ed esso risulta conveniente per profondità di 80 - 200 m.

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b) Perforazione wire-line (a fune)b)

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L’acqua durante la circolazione passa dalle aste all’interno del tubo carotiere, per poi risalire nell’intercapedine aste -foro.

La carota estratta avrà quindi un certo disturbo prodotto da:

-contatto con l’acqua;

-rotazione del carotiere;

-metodo di estrazione della carota

Durante le operazioni di carotaggio a causa di tali Durante le operazioni di carotaggio a causa di tali disturbi è possibile che il terreno venga

disturbi è possibile che il terreno venga

disgregato: l’ideale sarebbe avere una carota disgregato: l’ideale sarebbe avere una carota estratta di lunghezza pari a quella della battuta estratta di lunghezza pari a quella della battuta della perforazione (battuta = operazione per della perforazione (battuta = operazione per riempire il carotiere cioè singolo tratto

riempire il carotiere cioè singolo tratto perforato).

perforato).

Si definisce

Si definisce percentuale di carotaggio o di percentuale di carotaggio o di recupero

recupero il rapporto % tra la lunghezza della il rapporto % tra la lunghezza della carota estratta e la lunghezza della battuta di carota estratta e la lunghezza della battuta di perforazione (manovra di carotaggio).

perforazione (manovra di carotaggio).

Es. se su una manovra di 2 metri si raccoglie 1 m Es. se su una manovra di 2 metri si raccoglie 1 m di carota avremo una percentuale di carotaggio di carota avremo una percentuale di carotaggio del 50%.

del 50%.

Per avere un buona qualità di Sondaggi Per avere un buona qualità di Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e

caratteristiche geotecniche e

geomeccaniche , effettuati a carotaggio geomeccaniche , effettuati a carotaggio continuo,

continuo, spesso si richiede una percentuale di spesso si richiede una percentuale di carotaggio >dell’80%. Poiché la percentuale di carotaggio >dell’80%. Poiché la percentuale di carotaggio dipende dal tipo di terreno da

carotaggio dipende dal tipo di terreno da

perforare, per ottenere %> dell’80% si utilizzano perforare, per ottenere %> dell’80% si utilizzano vari tipi di carotieri (semplice, doppio o triplo) vari tipi di carotieri (semplice, doppio o triplo)

Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo

geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo

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Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche: tipi di carotieri

geotecniche e geomeccaniche: tipi di carotieri

- Carotiere Semplice (a secco o con circolazione diretta di acqua)

Utilizzato per perforazioni di terreni omogenei è costituito dal tubo carotiere in acciaio di qualità N 80 avente le seguenti dimensioni: Diametri esterni disponibili: 66 - 76 - 86 - 101 - 116 - 131 - 146 mm; Dimensioni standard:

L.= 1.000 - 1.500 - 3.000 mm; Il tubo carotiere è collegato all’estremità superiore tramite un raccordo alle aste, mentre all’estremità inferiore tramite filettatura al portaestrattore. Quest’ultimo costituito da un tubo sello stesso diametro del tubo carotiere ha all’interno una scanalatura ed è collegato all’estremità inferiore alla corona;

l’estrattore posizionato all’interno del portaestrattore è costituito da un cerchietto di acciaio tagliato, per terreni pseudocoerenti e coerenti, o da anello con mollette (cestello) per terreni incoerenti. La corona collegata tramite filettatura al porta estrattore ha forma cilindrica con inserti di widia disposti in maniera alternata sporgenti verso l’interno e l’esterno, dando luogo a carote di diametro inferiore e a fori di diametro maggiore del tubo carotiere per permettere il circolo dell’acqua.

La corona può avere inserti di widia di forma esagonale o ottagonale incastonati o diamanti industriali (rocce dure) o impregnata di diamanti (rocce dure

abrasive).

Quando il tratto di perforazione ha raggiunto la lunghezza di battuta, si ferma la perforazione e il carotiere viene riportato in superficie. Grazie all’estrattore la carota non cade. Per estrarla si svita il portaestrattore e la si lascia cadere per gravità.

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a) Carotiere doppio

b) b) Carotiere semplice

Doppio Carotiere T2

interno esterno

E' un carotiere doppio a pareti sottili con tubo esterno esclusivamente in acciaio di qualità N80.

Particolarmente adatto ad un carotaggio rapido e sicuro terreni omogenei, rocce tenere o parzialmente fratturate per ottenere una percentuale di carotaggio > 80 %. Il tubo interno non rotante preserva il campione dagli sforzi torsionali trasmessi dalle aste di manovra e ne impedisce il disturbo da parte del fluido di perforazione che circola tra il tubo interno e quello esterno. Disturbo limitato in quanto grazie ai tubi coassiali di cui uno interno fisso, la carota non entra a contatto con l’acqua né viene disturbata dalla rotazione del carotiere

Diametri disponibili: 101 mm - 127 mm;

Dimensioni standard: L= 1.500 - 3.000 mm; Prodotto solo con acciaio di qualità N 80.

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Doppio Carotiere T6

Il doppio carotiere T6 è uno dei più robusti carotieri, progettato per carotare in tutte le formazioni.

E' adatto anche per il carotaggio in formazioni sedimentarie, alluvionali o alterate dove sia necessario ricorrere a fanghi bentonitici come fluido di perforazione per stabilizzare il foro.

Lo spazio anulare tra il tubo esterno e quello interno è sufficiente per consentire il passaggio del fango con

sedimenti grossolani. Basato sul principio del carotiere doppio in più ha una fustella avvitata al tubo interno entro cui va la carota (assomiglia molto a un triplo carotiere); la corona ha una doppia fila di inserti di widia sfalsati, l’acqua non fuoriesce dalla base della corona ma un po’ più in alto per evitare assolutamente il contatto con la carota e ottenere % di carotaggio prossime al 100%. Diametri disponibili: 101 - 146 mm;

Dimensioni standard: L= 1.500 - 3.000 mm;

Prodotto solo con acciaio di qualità N 80.

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Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche

geotecniche e geomeccaniche

Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili

Per l’acquisizione delle caratteristiche geotecniche (terreni incoerenti e pseudocoerenti) e geomeccaniche (terreni Per l’acquisizione delle caratteristiche geotecniche (terreni incoerenti e pseudocoerenti) e geomeccaniche (terreni coerenti) si ha la necessità di prelevare campioni che mantengano la struttura, il contenuto d’acqua e l’eventuale coerenti) si ha la necessità di prelevare campioni che mantengano la struttura, il contenuto d’acqua e l’eventuale consistenza propria del terreno nella sua sede (campione indisturbato). Il prelievo a seconda delle condizioni consistenza propria del terreno nella sua sede (campione indisturbato). Il prelievo a seconda delle condizioni geolitologiche può avvenire mediante i carotieri in cui il campionamento avviene contemporaneamente alla geolitologiche può avvenire mediante i carotieri in cui il campionamento avviene contemporaneamente alla

perforazione (carotaggio continuo), o mediante i campionatori. In base al grado di disturbo (campioni disturbati, perforazione (carotaggio continuo), o mediante i campionatori. In base al grado di disturbo (campioni disturbati, a disturbo limitato o indisturbati), a seconda del metodo di campionamento e della litologia, in generale si

a disturbo limitato o indisturbati), a seconda del metodo di campionamento e della litologia, in generale si distinguono 5 classi di qualità dei campioni (Q1-Q5), ciascuna con specifiche caratteristiche geotecniche distinguono 5 classi di qualità dei campioni (Q1-Q5), ciascuna con specifiche caratteristiche geotecniche determinabili

determinabili

AGI 1977- Raccomandazioni AGI 1977- Raccomandazioni sulla programmazione ed sulla programmazione ed esecuzione delle indagini esecuzione delle indagini geotecniche

geotecniche

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Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche

geotecniche e geomeccaniche

Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili

-Campioni disturbati o rimaneggiati Q1-Q2-Q3: Campioni disturbati o rimaneggiati Q1-Q2-Q3: sono costituiti dal materiale di recupero della perforazione sono costituiti dal materiale di recupero della perforazione

(cuttings) ottenuti da sondaggi a percussione e rotazione a distruzione di nucleo (Q1), o rotazione a carotaggio (cuttings) ottenuti da sondaggi a percussione e rotazione a distruzione di nucleo (Q1), o rotazione a carotaggio continuo (Q2-Q3) senza particolari attrezzature per il prelievo, e vengono conservati in cassette senza

continuo (Q2-Q3) senza particolari attrezzature per il prelievo, e vengono conservati in cassette senza

protezione. Utilizzati per determinare il profilo stratigrafico, le caratteristiche granulometriche, e il contenuto protezione. Utilizzati per determinare il profilo stratigrafico, le caratteristiche granulometriche, e il contenuto d’acqua naturale .

d’acqua naturale .

-Campioni a disturbo limitato o semidisturbati Q4: Campioni a disturbo limitato o semidisturbati Q4: prelevati con campionatori, con modalità tali da assicurare un prelevati con campionatori, con modalità tali da assicurare un minor disturbo rispetto ai precedenti. Utilizzati in terreni pseudocoerenti per determinare il peso dell’unità di minor disturbo rispetto ai precedenti. Utilizzati in terreni pseudocoerenti per determinare il peso dell’unità di volume;

volume;

-Campioni indisturbati Q5: Campioni indisturbati Q5: prelevati tramite campionatori , con modalità tali da mantenere inalterate le prelevati tramite campionatori , con modalità tali da mantenere inalterate le caratteristiche meccaniche del campione (consistenza, struttura, contenuto d’acqua naturale, resistenza, caratteristiche meccaniche del campione (consistenza, struttura, contenuto d’acqua naturale, resistenza, deformabilità ecc.).

deformabilità ecc.).

Per le classi Q4 e Q5 i campioni devono avere un diametro almeno di 100 mm e lunghezza 60 mm. Vengono Per le classi Q4 e Q5 i campioni devono avere un diametro almeno di 100 mm e lunghezza 60 mm. Vengono inoltre conservati dopo il prelievo nello stesso tubo campionatore che funge da contenitore, previa sigillatura alle inoltre conservati dopo il prelievo nello stesso tubo campionatore che funge da contenitore, previa sigillatura alle estremità con paraffina fusa e con tappi a tenuta per una chiusura ermetica.

estremità con paraffina fusa e con tappi a tenuta per una chiusura ermetica.

I terreni campionati tramite campionatori sono:

-Terreni pseudocoerenti con possibilità di raggiungere la classe di campione indisturbato Q5;Terreni pseudocoerenti con possibilità di raggiungere la classe di campione indisturbato Q5;

-Terreni incoerenti dove il campione non potrà mai essere indisturbato e raggiungere la classe Q5;Terreni incoerenti dove il campione non potrà mai essere indisturbato e raggiungere la classe Q5;

I terreni coerenti non vengono campionati o meglio i prelievi vengono I terreni coerenti non vengono campionati o meglio i prelievi vengono effettuati tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi effettuati tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi dell’intera massa rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza dell’intera massa rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza dipendono dalle discontinuità presenti nell’ammasso roccioso . dipendono dalle discontinuità presenti nell’ammasso roccioso .

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Campionatori Campionatori

I campionatori sono strumenti che permettono il prelievo di campioni in terreni

I campionatori sono strumenti che permettono il prelievo di campioni in terreni pseudocoerenti di campioni pseudocoerenti di campioni indisturbati (Q5), rappresentativi della struttura, contenuto d’acqua e consistenza del terreno.

indisturbati (Q5), rappresentativi della struttura, contenuto d’acqua e consistenza del terreno.

A seconda della coesione non drenata del terreno pseudocoerente vengono utilizzati vari tipi di campionatori, A seconda della coesione non drenata del terreno pseudocoerente vengono utilizzati vari tipi di campionatori, suddivisibili in due gruppi, in base alla modalità di prelievo: campionatori a infissione e a rotazione.

suddivisibili in due gruppi, in base alla modalità di prelievo: campionatori a infissione e a rotazione.

Prove in cantiere su carote indicative della coesione non drenata Prove in cantiere su carote indicative della coesione non drenata

Per definire la coesione non drenata in cantiere, dal cui valore indicativo dipende l’utilizzo di un tipo di Per definire la coesione non drenata in cantiere, dal cui valore indicativo dipende l’utilizzo di un tipo di

campionatore adatto a prelevare il campione indisturbato, si estrae tramite un carotaggio a secco una carota di campionatore adatto a prelevare il campione indisturbato, si estrae tramite un carotaggio a secco una carota di terreno pseudocoerente e si effettuano su essa prove con penetrometro tascabile o scissometro tascabile:

terreno pseudocoerente e si effettuano su essa prove con penetrometro tascabile o scissometro tascabile:

-La prova con il penetrometro tascabile (Pocket penetrometro), utilizzata in carote di terreni pseudocoerenti ad alta resistenza, permette di determinare la coesione non drenata e consiste nel poggiare il puntale al terreno da provare e premere progressivamente finché il puntale non sia penetrato fino alla tacca chiaramente visibile sul puntale stesso. Lo sforzo necessario per compiere questo lavoro viene registrato su di un dinamometro che lo riporta sul suo quadrante in termini di Kg e Kg/cm². Il puntale da 10 mm fornisce il valore di Q dal quale si può risalire alla coesione (C), mentre il puntale da 6,4 mm indica direttamente il carico specifico in kg/cm².

-La prova con lo scissometro tascabile (Torvane), utilizzata in carote di terreni pseudocoerenti a bassa resistenza, permette di determinare la coesione non drenata e consiste nell’infiggere le alette verticalmente nel terreno fino a coprire le stesse e nel farle ruotare. La resistenza opposta dal terreno a tale rotazione (coppia torcente), viene misurata e segnata sul quadrante da una lancetta di riferimento. Detta misura viene assunta come resistenza al taglio del terreno

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Campionatori a rotazione Campionatori a rotazione

campionatore a doppio carotiere Deninson e Maziercampionatore a doppio carotiere Deninson e Mazier

Deninson :

Deninson : A differenza del doppio carotiere A differenza del doppio carotiere possiede una scarpa fissa avanzata rispetto alla possiede una scarpa fissa avanzata rispetto alla corona, evitando il contatto del campione con il corona, evitando il contatto del campione con il fluido di perforazione e una fustella interna in pvc;

fluido di perforazione e una fustella interna in pvc;

usato in terreni a grana fine debolmente cementati usato in terreni a grana fine debolmente cementati e in terreni pseudocoerenti con Cu >4-5

e in terreni pseudocoerenti con Cu >4-5 kg/cm²

Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata alti (>4 kg/cm²)

Mazier: A doppia parete ed a rotazione, a differenza del Deninson ha la scarpetta mobile, utilizzato nel caso di alternanze marne e marne calcaree.

(Scarpetta comandata da una molla)

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Diametro est. campionatore: 88,9 - 101 mm.

Campionatori a infissione Campionatori a infissione

campionatore Shelby a pareti sottilicampionatore Shelby a pareti sottili

Il campionatore viene infisso nel terreno, senza rotazione, Il campionatore viene infisso nel terreno, senza rotazione, a velocità e pressione costante sfruttando la traslazione a velocità e pressione costante sfruttando la traslazione verso il basso della testa motrice idraulica o più raramente verso il basso della testa motrice idraulica o più raramente a percussione mediante una massa battente.

a percussione mediante una massa battente.

È costituito da una fustella in acciaio zincato con alla base È costituito da una fustella in acciaio zincato con alla base una scarpa tagliente, collegata a una testina nella parte una scarpa tagliente, collegata a una testina nella parte sommitale dotata di filettatura per il collegamento con la sommitale dotata di filettatura per il collegamento con la batteria di aste. La testina al suo interno ha una valvola a batteria di aste. La testina al suo interno ha una valvola a sfera di acciaio e diverse luci di scarico per creare un sfera di acciaio e diverse luci di scarico per creare un effetto vuoto quando il campione viene sollevato effetto vuoto quando il campione viene sollevato

Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata medio bassi (1<cu<4 kg/cm²)

La lunghezza dell’infissione deve essere minore alla La lunghezza dell’infissione deve essere minore alla lunghezza della fustella per evitare compattazioni forzate.

lunghezza della fustella per evitare compattazioni forzate.

Avvenuta l’infissione della fustella si ruota il campionatore Avvenuta l’infissione della fustella si ruota il campionatore di 360 ° per tagliare alla base il campione e si tira su. La di 360 ° per tagliare alla base il campione e si tira su. La fustella contenente il campione viene quindi chiusa

fustella contenente il campione viene quindi chiusa ermeticamente mediante paraffina ed etichettata.

ermeticamente mediante paraffina ed etichettata.

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L’ infissione avviene sempre a pressione e velocità costante, ma mediante un sistema idraulico, senza spinta della macchina di perforazione. È costituito da un cilindro esterno solidale con la testa del campionatore e all’interno da una fustella: alla base interna della fustella vi è un pistone fisso che fa da tappo, collegato con il cilindro esterno, mentre l’estremità superiore della fustella è attaccata a un pistone mobile. Tramite acqua in pressione viene esercitata una pressione idraulica nella camera di compressione posta sopra al pistone mobile che scendendo verso il basso fa

penetrare la fustella nel terreno, fino al contatto pistone mobile pistone fisso. In questa posizione la fustella è esterna al campionatore , viene fatta ruotare di 360° e tirata su.

Campionatori a infissione Campionatori a infissione

campionatore a pistone Osterbergcampionatore a pistone Osterberg

Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata bassi (cu<1 kg/cm²) (torbe, limi molli, argille torbose)

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Classi di qualità dei campioni ottenibili con diversi tipi di campionatori Classi di qualità dei campioni ottenibili con diversi tipi di campionatori

I terreni campionati tramite campionatori sono:

-Terreni pseudocoerenti con possibilità di raggiungere la classe di campione indisturbato Q5;Terreni pseudocoerenti con possibilità di raggiungere la classe di campione indisturbato Q5;

-Terreni incoerenti dove il campione non potrà mai essere indisturbato e raggiungere la classe Q5;Terreni incoerenti dove il campione non potrà mai essere indisturbato e raggiungere la classe Q5;

() solo con operazioni estremamente accurate

* solo in terreni con resistenza di 1-2 kg/cm² misurata con penetrometro tascabile

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RQD_Rock Quality_Designation

I terreni coerenti non vengono campionati o meglio i prelievi vengono effettuati I terreni coerenti non vengono campionati o meglio i prelievi vengono effettuati tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi dell’intera massa tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi dell’intera massa rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza dipendono dalle discontinuità rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza dipendono dalle discontinuità presenti nell’ammasso roccioso .

presenti nell’ammasso roccioso .

RQD e Classi di qualità della roccia RQD e Classi di qualità della roccia

è basata sulla percentuale di frammenti di lunghezza maggiore di 10 cm recuperati in ogni manovra di un carotaggio

L'RQD è definita dal quoziente:

*100%

(A) = Somma delle lunghezze degli spezzoni di carota > di 10 cm ltot = lunghezza totale della manovra di carotaggio

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Prove in situ Prove in situ

In terreni incoerenti i campioni prelevati non raggiungono mai la classe di qualità Q5 del campione indisturbato.

Questo perché lo stato fisico dei terreni incoerenti che hanno coesione nulla è definito dall’addensamento (a differenza dei terreni pseudocoerenti definito dalla consistenza), ovvero dalla densità relativa. In particolare la resistenza di una sabbia aumenta se aumenta il suo grado di addensamento. Ovviamente durante il prelievo di campioni in terreni incoerenti si altera lo stato fisico di addensamento del terreno per cui per determinare le caratteristiche geotecniche di questi tipi di terreni vengono effettuate prove in situ.

Le prove in situ sono prove effettuate in campagna:

-Per determinare proprietà dei terreni non campionabili allo stato indisturbato;

-Per evitare alcune delle difficoltà connesse con le prove di lab, quali disturbo del terreno, la simulazione degli sforzi esistenti in sito, la temperatura;

-Per sottoporre a prova un volume di terreno maggiore di quello provato in lab;

-Per contenere i costi di un indagine geognostica e di un programma di prove

le prove in situ non vengono mai effettuate da sole, ma sono un contributo, un completamento della campagna geognostica finalizzata all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche o geomeccaniche.

Vengono distinte in prove continue o discontinue a seconda di come vengono eseguite:

- quelle discontinue vengono eseguite durante la perforazione geognostica, all’interno di un foro realizzato in precedenza (prove in foro), a una certa profondità prestabilita e per un certo tratto ;

- quelle continue vengono eseguite a partire dal p.c. fino a una profondità prestabilita e quindi non in foro

Tra le varie prove, le più note sono le prove penetrometriche, scissometriche , dilatometriche , pressiometriche e di carico su piastra.

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Prove penetrometriche Prove penetrometriche

Effettuate in terreni incoerenti e pseudocoerenti, consistono nel vedere la resistenza alla penetrazione di un attrezzatura nel terreno, che può essere infissa dinamicamente tramite battitura di un maglio e quindi a tratti, o staticamente, tramite un martinetto idraulico a pressione e velocità costante. Per tale motivo si differenziano in prove dinamiche e statiche, oltre a distinguersi in prove discontinue e continue.

Le più comuni sono:

a)prove penetrometriche dinamiche discontinue, tipo SPT (Standard Penetration Test);

b)prove penetrometriche dinamiche continue DP

c)prove penetrometriche statiche, tipo CPT (Cone Penetration Test) e CPTU (Cone Penetration Test Undrained)

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Prove penetrometriche:

a) prove penetrometriche dinamiche discontinue, tipo SPT (Standard Penetration Test)

La prova SPT viene eseguita tramite un attrezzatura standardizzata ed è una prova penetrometrica dinamica (infissione a tratti attraverso la battitura di un maglio) discontinua (eseguita all’interno di un foro).

Effettuata in terreni incoerenti prevalentemente sabbiosi e ghiaie fini per i quali è impossibile prelevare campioni indisturbati. Può essere effettuata anche in terreni pseudocoerenti, anche se ovviamente in questo caso è

preferibile il prelievo di campioni indisturbati da sottoporre ad analisi di laboratorio per la determinazione delle caratteristiche di resistenza.

Attrezzatura

L’attrezzatura standard nelle sue parti è costituita dal basso verso l’alto da:

-Campionatore Raymond a pareti grosse, con alla base una punta aperta di forma tronco-conica avvitata al tubo campionatore

avente diametro interno di 35 mm ed esterno 51 mm, lunghezza totale di 75 cm. Il tubo campionatore ha all’estremità superiore un testina all’interno della quale si ha una sfera di acciaio con luci di scarico per far uscire l’acqua eventualmente presente durante la prova. La testina inoltre è dotata di filettatura per essere avvitata alle aste. Questo tipo di campionatore consente il prelievo di campioni di qualità da Q1 a Q4 in cui è spesso possibile osservare la granulometria del terreno (Q>2).

-Le aste di infissione hanno diametro esterno > 50mm con dei centralizzatori per non disperdere l’energia di battuta;

-Sopra le aste vi è la testa di battuta e una guida per il maglio rappresentata da un asta guida

-Infine il maglio di peso pari a 63,5 kg che cade da un altezza di 76 cm dotato di un dispositivo di sganciamento automatico tramite il quale si sgancia automaticamente tramite delle molle

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Modalità di svolgimento della prova

La prova SPT consiste nella misura del numero di colpi necessari per l’infissione del campionatore Raymond di tre tratti di 15 cm ciascuno (N1, N2 e N3). La prova viene eseguita al fondo di un foro di sondaggio spinto alla

profondità desiderata. Per le operazioni di pulizia e approfondimento del foro non è possibile eseguire la prova con frequenza maggiore di una al metro. Il campionatore viene infisso per tre avanzamenti successivi di 15 cm ciascuno. Il primo tratto, detto di avviamento, comprende l’eventuale penetrazione iniziale per peso proprio; se sotto un numero di colpi N1 = 50 l’avanzamento è minore di 15 cm, l’infissione deve essere sospesa, la prova è considerata conclusa, e si annota la relativa penetrazione (ad esempio N1 = 50/13 cm).

La resistenza alla penetrazione è caratterizzata dalla somma del numero di colpi necessari all’avanzamento del secondo e terzo tratto da 15 cm:

NSPT = N2 + N3

In questo modo si elimina o si riduce al minimo l’influenza di fattori estranei quali presenza di detrito a fondo foro e il disturbo prodotto dal rilascio tensionale durante la perforazione.

Se con N2 + N3 = 100 non si raggiunge l’avanzamento di 30 cm , si dice che la prova è andata “a rifiuto”, l’infissione è sospesa e la prova è

considerata conclusa, annotando la relativa penetrazione.

Poichè l’attrezzatura è standard, la resistenza alla penetrazione dipenderà solo dal tipo di terreno

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Parametri determinabili in terreni incoerenti

- la densità relativa (stato fisico di addensamento del terreno incoerente) - l’angolo di attrito interno (parametro della resistenza al taglio)

Parametri determinabili in terreni pseudocoerenti

- l’indice di consistenza (stato fisico di addensamento del terreno pseudocoerente) - la coesione non drenata (parametro di taglio)

Ottenuto il valore di Nspt questo va normalizzato in funzione del carico litostatico per tener conto della profondità dove viene eseguita la prova; quindi attraverso grafici empirici proposti da vari autori è possibile ricavare:

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b) prove penetrometriche dinamiche continue DP

La prova penetrometrica dinamica consiste nell’infiggere nel terreno una punta conica per

tratti consecutivi misurando il numero di colpi N necessari. A differenza della prova spt, la prova DP è continua cioè dal piano campagna e viene eseguita con una punta conica chiusa.. Le attrezzature sono meno

standardizzate in quanto ne esistono di vario tipo, leggera, media, pesante, in base al peso del maglio e all’altezza di caduta. Anche in questa prova si conta il numero di colpi necessari per far approfondire la punta conica di un certo tratto .

Con riferimento alla classificazione ISSMFE (1988) dei diversi tipi di penetrometri dinamici

(vedi tabella più sotto riportata) 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) Correlazione con Nspt

Poiché la prova penetrometrica standard (SPT) rappresenta, ad oggi, uno dei mezzi più diffusi ed economici per ricavare informazioni dal sottosuolo, la maggior parte delle correlazioni esistenti riguardano i valori del numero di colpi Nspt ottenuto con la suddetta prova, pertanto si presenta la necessità di rapportare il numero di colpi di una prova dinamica con Nspt. Il passaggio viene dato da:

Nspt = N bt

In generale l’attrezzatura è costituita da due batterie concentriche, e da un dispositivo di infissione agente a percussione. Alla base della batteria interna vi è la punta conica avente diametro di 51 mm e angolo di apertura di 60 °. All’estremità inferiore dei tubi esterni vi è una scarpa tagliente meno sporgente della punta.

Il numero di colpi che viene misurato e quello necessario per l’avanzamento della punta di 10 cm per l’attrezzatura leggera e 20 cm per quelle pesanti. Con l’attrezzatura leggera non si va oltre i primi 3 m

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c) prove penetrometriche statiche, tipo CPT (Cone Penetration Test), CPTU, SCPTU

La prova penetrometrica statica (in quanto la spinta viene fornita da martinetti idraulici) continua (eseguita dal p.c.) viene effettuata sia in terreni incoerenti che pseudocoerenti (dalle argille alle ghiaie fini) e permette di misurare direttamente i seguenti parametri:

- Resistenza alla punta qc - Resistenza laterale fs

Inoltre permette di risalire attraverso correlazioni empiriche a:

- Parametri di resistenza del terreno ( angolo di attrito, modulo di deformabilità) - che alla ricostruzione litostratigrafica della successione,

dal rapporto Rp/Rl secondo esperienze condotte da Begemann

La prova consiste nello spingere verticalmente nel terreno a pressione e a velocità costante (20 mm/s) l’attrezzatura del penetrometro statico, misurando lo sforzo necessario per la penetrazione della punta e l’adesione terreno- acciaio di un manicotto posto sopra la punta.

Tipi di penetrometri statici:

-punta meccanica CPT: diametro 35,7 mm, la misura della resistenze avviene in superficie

- punta elettrica CPTE: punta strumentata con sensori elettrici e i segnali vengono trasmessi via cavo in superficie (terreni fini)

- piezocono CPTU: punta elettrica munita di settore poroso e sensore di rilevamento della pressione per misurare la pressione dell’acqua nei pori

- piezocono sismico SCPT: sopra la punta elettrica possono essere inseriti dei geofoni

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c) prove penetrometriche statiche, tipo CPT (Cone Penetration Test) CPTU, SCPTU

Attrezzatura:

- Dispositivo di spinta idraulico

- Aste con asse dritto a formare una batteria rigida

- Punta penetrometrica alla base della batteria con cono e manicotto con il medesimo asse della batteria

- Strumentazione di misura

Prova con punta meccanica CPT:

1) Si fa penetrare solo la punta di circa 40 mm tramite la spinta sulla batteria di aste interne;

2) Si fa penetrare la punta più manicotto di attrito di circa 40 mm tramite la spinta sulla batteria di aste interne;

3) Si spinge sulle aste esterne per ricompattare la punta con il manicotto e procedere di circa 200 mm per la successiva serie di misure.

- Tramite appositi manometri si ricavano le pressioni di picco Pp e Pl necessari alla penetrazione della punta e della punta + manicotto. Sapendo tali sforzi e

conoscendo la geometria della punta e del manicotto si ricava le resistenza alla punta qc e la resistenza laterale fs. Dal loro rapporto FR= qc/fs secondo esperienze di Begemann si hanno indicazioni sul tipo di terreno:

Prova con la punta elettrica CPTU:

Generalmente permette di ottenere dati in continuo con un passo molto ravvicinato (anche 2 cm) rispetto alla punta meccanica (20 cm)

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c) prove penetrometriche statiche

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Prove scissometriche tipo FV (Field Vane)

Permettono di determinare la resistenza al taglio dei terreni per cui vengono eseguite in terreni coesivi saturi, o pseudocoerenti aventi valori di coesione non drenata bassi (< 1 kg/cm²) per i quali non si è certi di riuscire a prelevare campioni indisturbati.

Possono essere eseguite :

-in maniera discontinua in fori di sondaggi

-in maniera continua tramite un apparecchio autoperforante (Vane borer) Attrezatura

-Paletta alla base, costituita da 4 alette di acciaio sottile di forma rettangolare disposte a formare una croce (vane). Di solito l’altezza delle palette è pari a due volte il diametro del cilindro ottenuto dalla rotazione delle palette

- treni di aste interno di piccolo diametro sopra la paletta, che giunge fino in superficie

-Treno di aste esterno di collegamento -Centratore per mantenere le aste verticali

-Scarpa di protezione della paletta per gli autoperforanti

La prova consiste nell’infliggere a pressione l’attrezzatura nel terreno fino a una profondità maggiore di 5 volte la lunghezza delle alette. In questa posizione si applica alla paletta un moto rotatorio che fa ruotare la paletta di 360° in 1h cioè 6°/min. Durante la torsione viene letto nel dinamometro lo sforzo di torsione applicato per eseguire il giro a tale velocità. Tale valore, messo in relazione alla coppia resistente (resistenza della superficie laterale + resistenza della superficie di base del cilindro ottenuto dalla rotazione della paletta) permette di calcolare il momento torcente Mt corrispondente, da cui tamite la seguente espessione si ottiene la coesione non drenata Cu=6Mt/7pd³ considerando H=2d.

la prova viene eseguita in condizioni non renate, per cui ponendo l’aangolo di attrito interno =0 la coesione non drenata Cu =1/2 resistenza alla rottura.

Determinata quindi la resistenza al taglio di picco, è possibile ottenere la resistenza al taglio residua, che il terreno conserva dopo il rimaneggiamento, facendo ruotare la paletta per altri 10-15 giri completi sempre alla stessa velpcità di 6°/min. tramite la stessa relazione si calcola quindi la resistenza residua.

Dal rapporto resistenza di picco /resistenza residua si definisce la sensitività delle argille

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Prova dilatometrica DMT

Eseguita generalmente in continuo dal p.c. in terreni pseudocoerenti e in sabbie fini. Così comela prova pebnetrometrica statica CPT, in base alla misura di alcuni parametri ci permette di ricostruire la successione litostratigrafica.

Prova con dilatometro Marchetti DMT

La prova consiste nell’infliggere nel terreno un attrezzatura simile al penetrometro statico (CPT), con una punta costituita da una paletta chiamata dilatometro piatto larga 98 mm e spessa 14 mm con al centro una

membrana dilatometrica che ha la capacità di espandersi attraverso conduttori di gas dalla superficie tramite una pressione misurata attraverso manometri, mentre l’entità dell’espansione (variazione diametrale della membrana) viene misurata da appositi trasduttori di spostamento che trasformano l’espansione in segnale elettrico.

I dati che si ottengono sono:

-Pressione Po di aggiustamento delle condizioni iniziali;

-Pressione P’ limite per la quale si ha un entità di espansione della membrana pari a 1,1 mm Dalla differenza P’ – P0 si ha la pressione effettiva Peff.

Inoltre bisogna tener conto della pressione verticale efficace Pve con la profondità di esecuzione della prova e la pressione neutra U0 ricavabile con il CTPE.

Dalla combinazione di questi parametri si ottengono:

-Indice del materiale Id=(P’-P0)/(P0-U0)

Che in base al suo valore viene correlato al tipo di terreno

-Indice di tensione orizzontale K=(P0-U0)/Pve -Modulo dilatometrico I=34,7 Peff

-Dal rapporto Id/I=

indice del materiale /modulo dilatometrico Si definisce la compressibilità dei terreni

pseudocoerenti o l’addensamento per le sabbie fini

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Recupero e catalogazione dei materiali di perforazione Recupero e catalogazione dei materiali di perforazione

Sequenza di cassette catalogatrici con carote

I campioni estratti dai carotieri (carote) vengono poi sistemati in apposite cassette catalogatrici atte alla loro conservazione, ove saranno riportati in modo indelebile il numero di sondaggio e le profondità di riferimento. Nel corso del sondaggio verrà rilevata la stratigrafia del terreno attraversato; in essa compariranno tutti gli elementi relativi ai campionamenti ed alle prove in situ ed una descrizione geotecnica

approssimativa dei singoli strati attraversati, oltre alle eventuali note

dell'operatore relative a perdite di circolazione, a rifluimenti in colonna, alla percentuale di carota ottenuta etc

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Presentazione dei dati: Il log, "rapporto“, con coordinate metriche, descrizioni, misure.

con intestazione, commessa, compilatore, data, esecutore, scale ecc oltre