INTERPRETAZIONE DELLE INDAGINI IN SITO

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INTERPRETAZIONE DELLE INDAGINI IN SITO

Criteri e riferimenti per le interpretazione delle indagini alla luce delle NTC 2008

Geol. Ing. Massimo Pietrantoni

INDICE DEL CORSO

1. PREMESSE

2. LE PROVE SPT 3. LE PROVE CPT

4. LE PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE

5. PROVE SCISSOMETRICHE, PRESSIOMETRICHE E DILATOMETRICHE

6. LE PROVE SU PIASTRA

7. LE PROVE DI PERMEABILITA’

Premesse

In questo corso verranno sinteticamente richiamati i metodi di interpretazione delle indagini in sito più frequentemente utilizzate in campo progettuale.

Non saranno illustrate le modalità esecutive, ma solo i criteri di interpretazione e di rappresentazione dei risultati, richiamando alcune delle principali correlazioni di letteratura, con specifico rifermento alle diverse problematiche progettuali.

Si rimanda ai testi specifici per maggiori dettagli

Premesse

Le indagini in sito sono uno strumento per la stima

“indiretta” dei parametri geotecnici dei terreni.

Esse vanno sempre associate alle indagini

“geologiche”, sondaggi a carotaggio o qualsiasi altro mezzo che consenta di definire direttamente le caratteristiche litologiche del sottosuolo.

E’ buona norma quindi utilizzare le indagini in sito

come strumento complementare ai sondaggi e alle

prove di laboratorio, anche se in determinate

situazioni le indagini in sito sono da considerare

indispensabili per la caratterizzazione geotecnica.

Premesse

Vanno distinte:

- le prove che forniscono valori da utilizzare con opportune correlazioni empiriche per la stima dei parametri geotecnici;

- le prove che forniscono (tramite relazioni insite nella stessa elaborazione dell’esecutore della prova) alcuni parametri del terreno.

Fanno parte del primo gruppo le prove SPT e CPT;

del secondo gruppo le prove pressiometriche, scissometriche, dilatometriche.

In questo corso si forniranno maggiori informazioni

sui criteri di interpretazione dei risultati del primo

gruppo di indagini, in quanto i risultati del secondo

gruppo sono forniti direttamente già elaborati.

PROVE SPT

Normalizzazione del valore N_SPT per le procedure esecutive La correzione tiene conto dei differenti dispositivi di infissione utilizzati e delle procedure esecutive. Il valore di N_SPT, corretto secondo la formula proposta da Skempton, assume il valore

N₆₀ = C_ER C_B C_S C_R N_SPT in cui

N₆₀ = valore corretto per le procedure esecutive C_ER = fattore di correzione per il rapporto di energia C_B = fattore di correzione per il diametro del foro C_S = fattore di correzione per il tipo di campionatore C_R = fattore di correzione per la lunghezza della fune N_SPT = valore misurato

I valori dei fattori di correzione proposti da Skempton sono elencati nella tabella seguente.

PROVE SPT

PROVE SPT

vo

N 1

C

σ

=

=

σ

Correzione del valore di N_SPT per le tensioni litostatiche Viene utilizzata la seguente correzione proposta in letteratura (N_l)₆₀ = C_N N₆₀

in cui

(N_l)₆₀ = valore corretto per le tensioni litostatiche e per le procedure esecutive

N₆₀ = valore corretto per le procedure esecutive C_N = fattore di correzione per la tensione litostatica Il valore del fattore C_N proposto da Liao e Whitman è

in cui

tensione verticale efficace in kg/cm²

PROVE SPT

Correlazioni per la stima della densità relativa Dr

Correlazione, riportata in “Manual on estimating soil properties”

(Cornell University, 1990) elaborata dai metodi di Skempton e di Liao & Whitman, valida per sabbie NC

( )

50 60

log 25

60 D

Dr N^l

= + _D50 = diametro dei granuli passanti al 50% in mm.

Correlazione proposta da Meyerhof

7 . 21 0

= +

vo

NSPT

Dr σ

Correlazioni per la stima dell’angolo di attrito

Correlazione proposta nel Road Bridge Specification 15

15⋅ +

= N_SPT ϕ

PROVE SPT

Correlazioni per la stima del modulo di deformabilità

“Manual on estimating soil properties” (Cornell University, 1990) E = 10 · N₆₀ valida per “clean NC sands”

E = 15 ^· N₆₀ valida per “clean OC sands”

(E = modulo di deformabilità in kg/cm²) D’Appolonia et al. (1970)

E = 0.756 N_SPT + 18.75 (MPa) per sabbia e ghiaia NC E = 1.043 N_SPT + 36.79 (MPa) per sabbia OC

Schultze & Menzenbach (1961) E = 0.517 N_SPT + 7.46 in MPa

Pasqualini (Politecnico di Torino,1983)

Da correlazioni tra SPT e pressiometriche (Tornagli, Franke, Ghionna-Lancellotta-Maniscalco, Albert-Hegg-Manassero.

con B = 7MPa

N B E =

PROVE SPT

Esistono anche correlazioni valide per terreni argillosi Coesione non drenata

c_u = α · N_SPT

con α coefficiente che varia a seconda degli autori (tra 3.8 e 12.5, in kPa)

Modulo edometrico M = β · N_SPT

con β che varia tra 500 e 600, in kPa)

PROVE SPT

CONSIDERAZIONI

Le correlazioni vanno applicate con molta cautela tenendo conto dei seguenti aspetti:

1) Le prove SPT sono prove rudimentali e affette da errori, difetti esecutivi e anomalie difficilmente verificabili.

2) Le correlazioni sono state sperimentate su prove eseguite con la punta aperta (campionatore Raymond)

3) Verificare anomalie dovute a particolarità litologiche (es.

trovanti) o inconvenienti (pulizia fondo foro).

4) Le prove SPT sono adatte per terreni sabbiosi.

5) I valori ricavati dalle correlazioni andrebbero sempre

confrontati con i campi di valori usuali per quel tipo di terreno.

ESEMPIO: un valore di N_SPT=60 su sabbia fornirebbe un valore di angolo di attrito di 45°, irrealistico per un terreno sabbioso.

In generale: non superare valori di ϕ=35-38° per sabbie e 38-40°

per ghiaie

PROVE SPT

ULTERIORI CONSIDERAZIONI

Nella pratica progettuale è consigliabile seguire alcuni indirizzi:

1) Tenere conto dell’affidabilità delle prove e delle correlazioni utilizzate, con particolare cautela per le prove in terreni coesivi.

2) Non applicare in maniera automatica le correlazioni, ma

stabilire dei valori limite dei parametri da non superare tenendo conto delle caratteristiche granulometriche e delle condizioni geologiche del deposito.

3) Fare riferimento a valori approssimati e con poche cifre significative (evitare decimali).

4) Evitare di utilizzare le correlazioni che forniscono direttamente dei valori progettuali (“portanza”, cedimenti, ecc..) a meno che non siano disponibili numerosi dati e sia concordata con il

progettista l’applicazione di specifiche relazioni (ad es. metodo di Reese & O’Neill per i pali). Maggiore affidabilità per i pali battuti

PROVE CPT

PROVE CPT

INTERPRETAZIONE DELLE PROVE

Il primo passo è quello della stima delle caratteristiche granulometriche

Metodo di Begemann Si considera il rapporto tra Rp e Rl

Metodo di Schmertmann Confronto tra Rp e il

rapporto delle resistenze Fr Fr%=100 Rl/Rp

PROVE CPT

Metodo di ROBERTSON

PROVE CPT

Stima dei parametri geotecnici Per terreni coesivi

Coesione non drenata c_u = (Rp - σ_vo) / N_kt

Modulo edometrico

Kulhawy e Mayne (1990) M = 8.25·(Rp - σ_vo)

Mitchell e Gardner M = α·Rp

Con α variabile tra 0.7 e 5 in funzione del tipo di terreno

PROVE CPT

Stima dei parametri geotecnici Per terreni granulari

(BALDI ET AL., 1986)

(ROBERTSON &

CAMPANELLA, 1983) (BALDI ET AL., 1989)

PROVE CPT

CONSIDERAZIONI

1) Le prove CPT sono meno condizionate da criticità legate alle modalità esecutive (a parte la corretta taratura degli strumenti).

2) Rispetto alle prove SPT è possibile avere profili continui, con la possibilità di effettuare correlazioni stratigrafiche tra prove contigue (ma solo come interpolazione tra sondaggi carotati).

3) Le correlazioni trovano una diffusa applicazione nei terreni coesivi e vanno utilizzate, possibilmente, con prove di taratura in sito (confronto con prove di laboratorio).

4) Anche per le prove CPT esistono correlazioni che forniscono direttamente alcuni parametri per il calcolo delle fondazioni. Le relazioni per il calcolo dei pali sono ritenuti affidabili (ad es. le relazioni di Bustamante e Giasenelli) se disponibili in quantità significative.

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE

1. Risalire da N_DP a N_SPT e utilizzare le correlazioni SPT

2. Ricavare la resistenza dinamica e correlarla con la resistenza statica equivalente

3. Correlare direttamente i valori di N_DP con quelli di Rp e utilizzare le correlazioni CPT

Sono diffusi numerosi tipi di penetrometri dinamici continui che si differenziano per massa e altezza del maglio, punta, aste, ecc..

La maggiore difficoltà di applicazione deriva proprio dalla difficile standardizzazione delle attrezzature.

Il comitato ISSMFE ha proceduto a classificare i vari penetrometri (DPL, DPM, DPS, DPSH).

Una ulteriore limitazione è data dalla difficoltà di separare l’attrito lungo le aste durante l’avanzamento.

Interpretazione dei risultati

Esistono tre principali metodi di interpretazione:

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE

In ogni caso l’utilizzazione dei risultati necessita di un doppio passaggio interpretativo, con conseguente riduzione

dell’affidabilità delle correlazioni.

In genere la procedura più consigliata è quella di valutare la resistenza equivalente, attraverso la “formula olandese”

ricavando la resistenza alla penetrazione (in kPa, MPa…)

Questo è il metodo più usato all’estero ed è il più logico perché consente di prescindere dalle caratteristiche delle attrezzature.

Si consiglia una applicazione molto cautelativa delle correlazioni per la stima dei parametri geotecnici.

Tuttavia, in alcune condizioni (scarsa accessibilità) questi penetrometri trovano una buona applicazione, soprattutto se utilizzati per valutazioni di tipo qualitativo o per la sola

individuazione di strati soffici o di un substrato.

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE SCISSOMETRICHE

Si tratta di prove particolarmente adatte per la determinazione della resistenza a taglio non drenata (S_u) dei materiali coesivi.

L’affidabilità della stima di questo parametro è in genere elevata, ma si consiglia sempre una taratura specifica con prove di

laboratorio.

I limiti di applicazione sono:

-Le caratteristiche granulometriche (solo in terreni coesivi) -Il grado di consistenza (possibilità di infissione delle palette) -Profondità di prova limitata (rigidezza torsionale delle aste) Bjerrum ha proposto un coefficiente di correzione µ funzione dell’indice di plasticità IP per ottenere la S_u in situ a partire dalla S_u misurata.

Un ulteriore parametro stimabile è la “sensitività” intesa come rapporto tra resistenza massima e residua.

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE DILATOMETRICHE

Le prove dilatometriche misurano la deformazione del terreno attarverso una membrana infissa nel terreno: dalle prove si ricava il modulo “dilatometrico” E_D, l’indice delle tensioni

orizzontali K_D e un indice di materiale I_D che fornisce informazioni sulla granulometria del terreno.

Tramite specifiche relazioni vengono ricavati i valori del modulo confinato (edometrico) e la resistenza a taglio non drenata.

Un parametro importante per determinati problemi (gallerie, opere in sotterraneo) è il coefficiente di spinta a riposo K₀, che viene stimato dalla prova dilatometrica attraverso relazioni con l’indice K_D.

Minori affidabilità hanno le correlazioni per la stima dell’angolo di attrito.

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE DILATOMETRICHE

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE PRESSIOMETRICHE

Si tratta di una prova molto diffusa in Francia (e paesi francofoni) dove viene utilizzata come mezzo di indagine indispensabile per la progettazione geotecnica. Le Norme francesi fanno infatti

riferimento specifico ai risultati di queste prove non solo per la valutazione di alcuni parametri geotecnici, ma per lo stesso dimensionamento dei pali di fondazione.

In Italia vengono utilizzate in particolare per la valutazione del modulo di deformabilità di materiali litoidi o semi-litoidi (tufi, piroclastiti) e in genere in terreni poco campionabili.

La prova viene elaborata a partire dalla misura di:

P₀: pressione corrispondente alla fine del tratto iniziale di ricompressione del terreno disturbato dalla perforazione;

P_F: pressione di “fluage” corrispondente alla fine del tratto a comportamento elastico

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE PRESSIOMETRICHE

Si determina la pressione limite P_lim: corrisponde alla pressione alla quale la deformazione diventa infinita. Viene definita

convenzionalmente come la pressione che corrisponde al volume limite, pari a due volte il volume iniziale della cavità.

In terreni poco deformabili il volume limite può non essere

raggiunto per cui la P_lim viene stimata tramite estrapolazioni della curva P-V.

Dalla prova viene calcolato il modulo pressiometrico e da questo, con opportune relazioni, il modulo di Young.

Si possono poi ricavare i valori di coesione non drenata per le argille e l’angolo di attrito per le sabbie.

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE PRESSIOMETRICHE

PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra circolare

La prova consente di determinare il modulo di deformazione di volumi di terreni più significativi rispetto alle prove di laboratorio e in una condizione indisturbata (in sito). Le prove su piastra più

diffuse di diametro 30 cm, sono comunque rappresentative di spessori modesti (non superiori a un metro).

Vengono utilizzate in particolare per la definizione del modulo di sottofondo. Nella progettazione stradale sono utilizzate per la

determinazione delle bonifiche del piano di appoggio dei rilevati e per la verifiche del grado di compattazione dei rilevati e della

sovrastruttura stradale.

I Capitolati ANAS fissano valori specifici del modulo ottenuto con la prova su piastra.

PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra circolare Ø30 cm

Tra le prove più utilizzata, quella delle Norme Svizzere SN 670317° e la CNR B.U. n. 146.

Si eseguono due cicli di carico intervallati da un ciclo di scarico.

Le prove su piastra circolare di vario diametro

La prova ASTM D.1196, specifica per le pavimentazioni, utilizza piastre di diametro da 152 a 762 mm. La prova ASTM D.1195 per pavimentazioni con carichi ripetuti differisce dalla precedente solo nelle modalità esecutive e nella restituzione dei dati.

La Norma ASTM D.1194 per fondazioni può essere utilizzata

anche per la stima del carico limite del terreno. Vengono utilizzate tre piastre con diametri compresi tra 305 e 762 mm.

Il valore del modulo di deformazione (che può essere diverso per i differenti step di carico o scarico) si ricava direttamente dalla

pendenza della curva carico-cedimento

PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra

PROVE SU PIASTRA IN ROCCIA

Le prove su piastra circolare Ø50-80 cm

Vengono utilizzate su roccia in progetti di particolare importanza, dove è necessaria una stima affidabile del modulo di

deformabilità degli ammassi rocciosi (difficilmente stimabile con prove di laboratorio).

Vengono realizzate all’interno di cunicoli

utilizzando le due pareti

contrapposte per garantire il contrasto sufficiente ai

martinetti che devono

trasferire tensioni di carico nella roccia molto elevati

PROVE SU PIASTRA IN ROCCIA

( )

( ) ( )

( )

( )













+

⋅

−

⋅

− +

⋅

−

⋅ + +

− +

∂ ⋅ +

= ⋅ ^{2 2 0.5 2 2 0.5}

5 . 2 0 2

2 5

. 2 0 2

2

1 2 1

1 2

A z

a z

a z

z A

z z

E q ν ν ν

dove:

q: tensione applicata (MPa) ν: coefficiente di Poisson δ: spostamento misurato

Z: profondità sotto la superficie di carico (m)

A: raggio esterno della piastra A: raggio interno della piastra

PROVE SU PIASTRA IN ROCCIA

PROVE DI PERMEABILITA’

Le prove di permeabilità sono richieste quando è necessaria la valutazione delle caratteristiche di

permeabilità dei terreni o degli ammassi rocciosi, e cioè quando il dimensionamento delle opere in progetto è fortemente influenzato da questo parametro.

Questo avviene in particolare per le dighe, per le opere in sotterraneo sotto falda, negli scavi profondi e negli

interventi di drenaggio.

Vengono utilizzate in genere due tipi di prove di assorbimento d’acqua in foro:

1) Le prove “Lefranc” (assorbimento per gravità)

2) Le prove “Lugeon” (assorbimento in pressione)

PROVE DI PERMEABILITA’

Le prove “Lefranc”

Sono effettuate in fori di sondaggio in due

differenti modalità: a carico costante ed a carico variabile.

Prove a carico variabile (terreni molto permeabili).

- prova in risalita: tramite emungimento.

- prova in abbassamento: immissione di acqua.

Prove a carico costante (terreni poco permeabili).

K = Q / CH (carico variabile) K = AdH / C dt Hm (carico costante)

C : fattore di forma

PROVE DI PERMEABILITA’

Le prove “Lugeon”

Sono utilizzate in genere negli ammassi rocciosi e nei progetti in cui si prevedono carichi idraulici molto elevati (dighe).

Interpretazione delle prove

Il primo passo è quello di determinare il meccanismo di assorbimento (flusso laminare, turbolento, per dilatazione, dilavamento o riempimento delle fessure) esaminando

l’andamento degli assorbimenti in corrispondenza dei singoli gradini. Si può fare riferimento al metodo di Houlsby con gli

schemi seguenti. In funzione del tipo di assorbimento si sceglie il valore di UL caratteristico.

PROVE DI PERMEABILITA’

PROVE DI PERMEABILITA’

PROVE LUGEON

Le prove Lugeon forniscono le caratteristiche di permeabilità in termini di Unità Lugeon, definita come l’assorbimento di 1 litro al minuto sotto una pressione di 1 MPa per 1 metro lineare di

camera di prova.

Le unità UL sono utilizzate direttamente nel campo della

progettazione delle dighe: i valori UL sono presi come riferimento per gli interventi di impermeabilizzazione.

1 Unità Lugeon ≈ 0.6 * 10^-7 m/s

Il passaggio al coefficiente di permeabilità K (m/s) è ammissibile solo in condizioni di regime lineare

FINE DEL CORSO