indagini in sito - Università degli Studi di Trento

INDAGINI IN SITO
Università degli Studi di Trento - Facoltà di Ingegneria
Geotecnica A / Elementi di Geotecnica (Dr. A. Tarantino)
1.1
Articolazione delle indagini
Indagini in fase di studio di fattibilità
(volume di sottosuolo esteso, studio della geologia)
Indagini in fase di progetto
(volume di sottosuolo circoscritto, interazioni con l’ambiente circostante)
Indagini in corso d’opera
(gallerie, dighe)
Monitoraggio delle opere
(interazione con strutture circostanti)
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1.2
Estensione delle indagini
Dimensioni indicative e maggiorate in presenza di terrenieterogenei o di
stratificazioni profonde di terreni di caratteristiche meccaniche scadenti
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1.3
Mezzi di indagine
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1.4
Esempi di indagini dirette
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1.5
Scavi accessibili
TRINCEE
(scavate con mezzo meccanico, profondità di alcuni metri)
CUNICOLI E POZZI
(scavati generalmente a mano, richiedono armature di sostegno)
Osservazione diretta del sottosuolo (tipo e natura dei terreni, giacitura,
successione e potenza delle stratificazioni, stato di fratturazione),
esecuzione di prove in sito e prelievo di campioni anche di grandi
dimensioni
In genere costosi, eseguiti e richiusi senza alterare il deflusso delle
acque e la stabilità
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1.6
Stratigrafia rilevata da scavo in trincea
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1.7
Perforazioni di sondaggio
A CAROTAGGIO CONTINUO
prelievo di carote continue per l’individuazione del profilo
stratigrafico
A DISTRUZIONE
raggiungimento di una determinatà profondità per
l’installazioe di strumenti o il prelevamento di campioni
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1.8
Metodi di sondaggio
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1.9
Perforazione a rotazione (1)
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1.10
Perforazione a rotazione (2)
Diametri compresi tra 75 e 150 mm e profondità fino a 150 m
Idoneo per tutti i terreni (escluso quelli a grana grossa) controllando velocità
di rotazione, spinta, portata fluido di circolazione, tipo di carotiere
Non idoneo per terreni a grana grossa (frantumazione del materiale)
Carotaggio continuo previo estrazione e smontaggio dell’intera colonna di
aste
Circolazione di fluido di raffreddamento attraverso il sistema di aste (acqua,
fango o aria compressa)
Eventuale sostegno del foro mediante tubo di rivestimento o circolazione di
fango bentonitico
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1.11
Carotieri
Carotiere semplice
Non adatto in argille tenere e terreni
granulari per l’azione dilavante del fluido
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Carotiere doppio
Minimizza l’azione
dilavante del fluido
1.12
Corone
Corone dentate
Corone con vidia o diamantate
prismi di metallo duro
(terreni teneri o poco addensati)
diamanti’ incastonati’
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diamanti ‘impregnati’ con
polvere diamantifera
1.13
Stabilizzazione del foro
Fango bentonitico
Tubo di rivestimento
Sospensione in acqua di bentonite
Viscosità aumenta sensibilmente in
quiete (proprietà tixotropiche)
Forma una ‘pellicola’ impermeabile
sulle pareti del foro
La spinta idrostatica esercitata dal
fango bentonitico stabilizza il foro
diametri decrescenti per profondità
maggiori di 30-40 m per ridurre la
resistenza di attrito
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1.14
Fluido di perforazione
Necessario per dissipare il calore sviluppato per attrito dalla rotazione
In presenza di livelli costituiti da argille tenere o terreni granulari, si
può sospendere la circiolazione e procedere a secco per evitare
dilavamento o rammollimento del materiale
Il dilavamento o il rammollimento del materiale si può minimizzare
ricorrendo al carotiere doppio
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1.15
Sonda a rotazione
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1.16
Tubo di rivestimento
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1.17
Circolazione del fluido
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1.18
Cassette catalogatrici
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1.19
La formazione di un ‘tappo’ per
l’estrazione della carota
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1.20
Disturbo della perforazione
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1.21
Perforazione a percussione (1)
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1.22
Perforazione a percussione (2)
Diametri compresi tra 150 e 300 mm e profondità fino a 60 m
Idoneo per terreni a grana grossa
Impossibilità di ricostruire una stratigrafia di dettaglio
Raffreddamento attarverso acquaimmessa nel foro
Sostegno del foro mediante tubo di rivestimento
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1.23
Sonde
A valvola (curetta)
Benna mordente
D > 500 mm e profondità inferiori a 30 m
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1.24
Scalpelli
Utilizzati per l’attraversamento di stratificazioni lapidee
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1.25
Perforazione con trivelle (1)
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1.26
Perforazione con trivelle (2)
Diametri compresi tra 75 e 300 mm e profondità fino a 40 m
Non idoneo per terreni a grana grossa (alluvionali, morenici)
Idoneo per terreni di media resistenza
In argilla, consente di evitare mezzi di sostegno del foro
Ricostruzione stratigrafica di dettaglio imprecisa (il materiale risulta alquanto
mescolato)
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1.27
Prelievo di campioni
CAMPIONE IDEALE:
alterazione del solo stato tensionale
CAMPIONE INDISTURBATO:
conserva struttura, contenuto d’acqua e e composizione chimica
FONTI DI DISTURBO:
- rifluimento del materiale dal fondo del foro
- rigonfiamento del fondo foro
- compressione dovuta alla penetrazione del tubo di rivesitmento
- fondo foro ‘sporco’
- attrito tra campione a parete interna campionatore
- campionamento in eccesso
- distacco del campione
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1.28
Classi di qualità dei campioni
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1.29
Coefficiente di parete
CP =
DS2 − D 2
D
2
⋅ 100
Campionatori a parete sottile
(DP<15%)
Campionatori a parete grossa
(DP>15%)
Il disturbo tende ad aumentare al crescere del rapporto tra volume di terreno
spostato durante l’avanzamento del campionatore ed il volume del campione
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1.30
Rapporto lunghezza/diametro
L/D = 8-12
Lunghezze maggiori assicurano la presenza di un tratto
centrale indisturbato
All’aumentare di L, aumenta il rapporto L/D e quindi il
disturbo dofuto agli effeti di attrito laterale
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1.31
Coefficiente di ingresso
Di − D
Ci =
⋅ 100
D
All’aumentare di Di si riducono gli effetti di attrito ma aumenta il rigonfiamento
Campionatori corti
(Di<0.5%)
Campionatori lunghi
(0.75%<Di<1%)
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1.32
Coefficiente di attrito esterno
Ca =
Ds − De
D − De
⋅ 100 = a
⋅ 100
De
De
La scarpa puà avere diametro magiore per ridurre l’attrito esterno.
Deve risultare tuttavia Da<2%
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1.33
Campionatore a tubo aperto
Parete grossa
Parete sottile (Shelby)
φ=80-100 mm
L=600-1000 mm
s=2 mm
Presenza di materiale rimaneggiato dal fondo del foro e dalle pareti
Adatto per terreni argilosi di consistenza ridotta o media
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1.34
Campionatore a pistone
Il pistone evita l’ingresso di fango e detriti presenti sul fondo del foro
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1.35
Campionatore continuo (Kiellman)
I nastri scorrevoli avvolgono il campione
(φint=67 mm) durante l’avanzamento
eliminando così l’attrito interno
Possono raggiungersi lunghezze di
campionamento di 20-30 m
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1.36
Campionatore doppio
Mazier
Denison
La parte interna non rotante munita di scarpa
tagliente sporge al di sotto della corona
esterna rotante
La sporgenza è adattata alla consistenza del
terreno, maggiore per i materiai meno duri più
suscettibili a rammollimento ed erosione
La scarpa può essere intercambiabile (tipo
Denison) o azionata dal una molla
opportunamente calibrata che ne controlla la
sporgenza (tipo Mazier)
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1.37
Prelievo di campioni da scavi accessibili
Diametri
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1.38
Prove penetrometriche statiche
(Cone Penetration Test, CPT)
Infissione di punta conica normalizzata
(φpunta=35.7 mm, angolo apertura=60°)
Infissione di manicotto normalizzato
(Alat=150 cm2)
Velocità di avanzamento: 20 mm/s
Misura della resistenza alla punta qc (FL-2) e
della resistenza laterale fs (FL-2)
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1.39
Sequenza delle fasi di avanzamento
qc
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qc+fs
1.40
Rapporto di resistenza F
qc
F=
fs
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1.41
Intepretazione prove penetrometriche (1)
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1.42
Intepretazione prove penetrometriche (2)
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1.43
Intepretazione prove penetrometriche (3)
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1.44
Indagini geofisiche
Indagini dirette (sondaggi): puntuali ma accurati
Indagini indirette (geofisica): areali ma da intepretare
Alcune proprietà geofisiche possono essere correlate alla
natura dei terreni:
Resistività
Rigidezza
⇒
⇒
Prospezione elettrica
Prospezione sismica
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1.45
Prospezioni elettriche
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1.46
Principio di funzionamento
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1.47
Dispositivo quadripolo Schlumberger
TERRENO OMOGENEO
TERRENI STRATIFICATI
Si sovrappongono i profili di resitività sperimentali ρa-AB con profili teorici
determinati per geometrie a 2, 3 e 4 strati
Difficoltà di interpretazione per ripetute alternanze di strati con resistività
poco differente oppure fortes spessore resisitivo a copertura di terreni
conduttori
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1.48
Prospezione sismica
Esplora il sottosuolo attrraverso lo studio della propagazione di onde
elastiche generate in superficie o in un foro di sondaggio
Le onde elastiche sono generate mediante esplosivi o masse battenti
La velocità di propagazione delle onde rifratte o riflesse dipende dalla
rigidezza dei terreni incontrati e quindi dalla loro natura
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1.49