4.1 Le carte di classificazione

Cap. 4 – Carte di classificazione

4.1 Le carte di classificazione

Le carte di classificazione, sono il mezzo con il quale si restituisce l’individuazione del suolo, nella sua stratigrafia, dai dati campionati con le prove CPT e CPTU. L’uso di dati statistici correlati ai parametri ottenuti ne determina l’individuazione, della quale successivamente nello svolgimento di questa tesi, se ne verificherà la fondatezza.

Le varie carte presentano varie metodiche di assegnazione della tipologia di terreno, tutte comunque attribuibili ai dati di qc, resistenza alla punta, ed fs, attrito laterale, per le prove CPT e in aggiunta ai valori u2, pressione neutra misurata dal filtro posto alla base del cono del penetrometro e, u0 pressione idrostatica calcolata. In particolare, la resistenza alla punta e l’attrito laterale possono essere interpretati come la portata unitaria di base e per attrito laterale di una fondazione profonda infissa la cui determinazione per terreni granulari risulta:

• qC= N_γq⋅σ’v0

• fS= K⋅tanδ⋅σ’v0

con N_γq è il fattore di capacità portante, σ’v0 tensione verticale efficace, δ attrito cono terreno, K coefficiente di spinta. Assumendo valori realistici del coefficiente di capacità portante, di quello di spinta e dell’attrito cono/terreno, risulta che fS/qC è compreso tra 0.2 e 2 %.

Invece, nei terreni a grana fine valgono le seguenti relazioni:

• q_C= N_C⋅CU + σv0

• fS =α⋅CU

con Nc fattore di capacità portante in condizioni non drenate, Cu resistenza al taglio non drenata. In questo caso il rapporto fS/qC assume valori più elevati e varia significativamente con la profondità. In definitiva il campo di esistenza di Rf = fs/qc nei terreni a grana fine è più ampio.

4.2 BEGEMANN [1965]

la carta di classificazione per prove penetrometriche meccaniche è basata sulla statistica riportata di 250 dati, relativi ai suoli olandesi.

Il diagramma ha in ordinata la qc ed in ascissa l’attrito laterale locale fs

determinato dalle prove CPT. Le rette, tutte passanti per l’origine degli assi, che suddividono la carta in campi, consentendo l’identificazione del terreno, sono state ottenute sulla base della percentuale in peso di particelle con diametro inferiore a 16 µm presente nelle diverse litologie.

Begemann

0 15 30 45 60 75 90

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 fs 3,5

Qc

silty sand coarse sand

+ gravel

silt - clay - sand

loam clay loam

clay

peat

kPa

%

4.3 SCHMERTMANN [1978] & SEARLE [1979]

il grafico utilizza il database di Begemann ed una serie di prove penetrometriche meccaniche eseguite nei terreni della Florida.

Nelle ordinate la qc è rappresentata in scala logaritmica, mentre il rapporto delle resistenze Rf=100(fs/qc) nelle ascisse è in scala lineare. La carta di classificazione fornisce anche indicazioni qualitative di addensamento per le sabbie (più il valore di qc è alto e maggiore è la densità) e di compattezza per le argille (maggiore è il valore di fs e più l’argilla è compatta). Le principali differenze con la carta di Begemann riguardano i limiti relativi alle diverse litologie e la non linearità tra q_c ed f_s.

la carta di classificazione presenta sull’asse delle ordinate la resistenza alla punta qc (MPa) in scala logaritmica, e sulle ascisse la Rf nella medesima scala.

Il metodo di Searle, ad integrazione di quello di Schmertmann, fornisce indicazioni aggiuntive, come l’addensamento per le sabbie e la consistenza dei terreni fini per valori elevati della qc. All’interno dell’esagono irregolare infatti, Searle determina una scacchiera di campi con delimitazioni verticali e diagonali paralleli ai lati esterni del poligono. I campi così determinati si configurano internamente con la presenza, nella metà sinistra del poligono, di ghiaie e sabbie, e in quella destra, di argille e limi. Le linee divisorie oblique,

invece, ne determinano l’addensamento e la consistenza degli stessi, passando verso incrementi di qC da sciolte a molto dense e da molto soffici a molto dure.

4.4

Robertson e Campanella hanno messo a punto due carte di classificazione utilizzando il parametro q_t, resistenza alla punta per le aree diseguali, ma due parametri diversi per le ascisse Rf e Bq.

qt è la resistenza alla punta corretta in base alla u misurata in fase di penetrazione ed al rapporto delle aree A_n/A_c.

Ac= area del cono; An= area netta qt = qC + u2*(1-An/Ac) Rf = 100(fS/qc)

Bq= (u2–u0) / (qt–σv0)

con B_q é il rapporto della pressione nei pori

- u2 pressione neutra misurata con un filtro posto subito dopo la base del cono - u₀ pressione idrostatica

- qt resistenza alla punta corretta in base alla u - σv0 carico litostatico totale

- A_n/A_c=0,58 nel penetrometro Pagani TG63-100

Gli autori suggeriscono di utilizzare entrambi i grafici, perché i fattori di influenza sono numerosi. Ovviamente è possibile ottenere indicazioni differenti. In questo caso l’operatore deve sopperire con il proprio giudizio.

Se un terreno in esame potrebbe essere classificato argilla sulla carta qt\Rf, e limo argilloso sull’altra, è possibile superare le incertezze con misure di dissipazione. Se la dissipazione è piuttosto rapida (t50 < 60 s) il terreno appartiene alla seconda categoria.

È necessario puntualizzare che le carte di classificazione proposte da ROBERTSON et al. (1986) sono suddivise in campi corrispondenti ognuno ad una litologia diversa. Per poter procedere alle varie classificazioni, il terreno investigato è stato suddiviso in livelli di 5 cm di spessore (raffigurati nelle carte mediante puntini), per ciascuno dei quali sono stati calcolati i vari parametri geotecnici. Ogni punto ricadente in ciascuno dei campi identificherà quella particolare litologia. Sarà possibile dunque, in base ai parametri geotecnici calcolati, avere indicazioni circa la stratigrafia del terreno investigato dalle prove penetrometriche CPTU, come possiamo vedere dalle tabelle riportate a seguito di ciascuna carta di classificazione nel successivo capitolo. La stessa differenziazione litologica e metodica di campionatura verrà utilizzata per le altre carte di classificazione delle prove CPTU.

Inoltre successivamente Robertson ha introdotto due nuovi parametri, per tenere conto dell’influenza che la pressione litostatica può esercitare con la profondità:

qt normalizzata = (qt - σv0)/σv0 utilizzata nelle ordinate di entrambi i grafici Rf normalizzata = fS / (qt - σv0)

B_q normalizzata con B_q= ∆U/(q_t - σ_v0) dove: ∆U=U2-U0

Questa carta di classificazione é applicabile solo dove il contributo delle tensioni litostatiche diventa alto, tanto da modificare significativamente la qt. Per tale motivo l’autore consiglia di utilizzarli per profondità maggiori di 30m dal piano di campagna.

Robertson

100 1000 10000 100000

-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Bq 1,4

Qt

1

1 2

3 4

5 6 7 8 9 1 0

1 - Sensitive clay 2 - Organic soil 3 - Clay 4 - Silty Clay 5 - Clayey silt 6 - Sandy silt 7 - Silty sand 8 - Sand to silty sand 9 - Sand

10-Gravelly Sand kPa

Gli studi di Robertson e dei ricercatori della British Columbia University mostrano come secondo la numerazione crescente delle aree litologiche si abbia un incremento di OCR, grado di sovraconsolidazione, ed in direzione opposta della sensitività.

Robertson

100 1000 10000 100000

0 1 2 3 4 5 6 7 ^RF 8

Qt

1 2

3 4

5 6

7 8 9

10 11

12 kPa

%

Anche in questo caso si hanno diversi riscontri di variazione dei parametri secondo l’andamento di q_t e Rf. In particolare aumento della Dr, densità relativa, secondo la numerazione crescente delle aree litologiche e al contrario per l’indice dei vuoti e.

Per incrementi simultanei di q_t e Rf riscontriamo aumento del OCR e in direzione opposta della sensitività dei terreni a grana fine.

4.5

la carta di classificazione messa a punto dai due autori si basa su un database contenente dati di prove CPT e CPTU, associati a prove di laboratorio per suoli provenienti da 20 siti in varie parti del mondo.

Il database non include casi di suoli cementati o argille molto compatte, e di conseguenza tali litotipi non vengono riportati nel grafico. Sulle ascisse è riportata la fS, sulle ordinate viene adottato un nuovo parametro chiamato qE=(qt–u2) detta resistenza alla punta efficace. In suoli sabbiosi densi la qE

differisce solo marginalmente dalla qt; al contrario in suoli fini la pressione neutra potrebbe (a causa del suo valore) rendere differenti i due parametri. La carta di classificazione viene divisa dagli autori in una serie di campi, per la nomenclatura dei vari litotipi è stata utilizzata la classificazione del Canadian Foundation Engineering Manual.