carotaggi_campionatori_prove in situ

Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche e
geomeccaniche
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
all’acquisizione delle caratteristiche geotecniche (trreni incoerenti e pseudocoerenti) e
geomeccaniche (terreni coerenti) utilizzate di solito per le opere di ingegneria civile hanno vari
scopi:
-verificare (non ricostruire) la reale successione litostratigrafica mediante l’analisi delle carote,
-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’istallazione di strumenti di monitoraggio.
Tali perforazioni non vengono eseguite distruzione di nucleo, ma:
1) a carotaggio continuo;
2) utilizzando campionatori per il prelievo di campioni da analizzare in laboratorio;
3) effettuando prove in foro.
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo
La perforazione a rotazione a carotaggio continuo (continuo perché effettuata dal p.c. alla profondità
prefissata) consiste nella rotazione di un utensile di perforazione, il carotiere, che produce un cilindro di roccia
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
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.
Esistono due tecnologie di perforazione a rotazione a carotaggio continuo:
-Perforazione ad aste e carotiere;
-Perforazione wire-line (a fune).
a) Perforazione ad aste e carotiere: 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 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 perforazione (circolazione
diretta). La lunghezza delle aste varia da 500 a 6000 mm (di solito 1500 mm).
b) Perforazione wire-line (a fune): 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
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.
b) Perforazione wire-line (a fune)
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche: 1) carotaggio continuo
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
disturbi è possibile che il terreno venga
disgregato: l’ideale sarebbe avere una carota
estratta di lunghezza pari a quella della battuta
della perforazione (battuta = operazione per
riempire il carotiere cioè singolo tratto perforato).
Si definisce percentuale di carotaggio o di
recupero il rapporto % tra la lunghezza della
carota estratta e la lunghezza della battuta di
perforazione (manovra di carotaggio).
Es. se su una manovra di 2 metri si raccoglie 1 m
di carota avremo una percentuale di carotaggio
del 50%.
Per avere un buona qualità di Sondaggi
geognostici finalizzati all’acquisizione delle
caratteristiche geotecniche e
geomeccaniche , effettuati a carotaggio
continuo, spesso si richiede una percentuale di
carotaggio >dell’80%. Poiché la percentuale di
carotaggio dipende dal tipo di terreno da
perforare, per ottenere %> dell’80% si utilizzano
vari tipi di carotieri (semplice, doppio o triplo)
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
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.
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche: tipi di carotieri
Doppio Carotiere T2
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.
esterno
interno
a) Carotiere doppio
b) b) Carotiere semplice
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche: tipi di carotieri
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.
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche
Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili
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
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
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
distinguono 5 classi di qualità dei campioni (Q1-Q5), ciascuna con specifiche caratteristiche geotecniche
determinabili
AGI 1977- Raccomandazioni
sulla programmazione ed
esecuzione delle indagini
geotecniche
Sondaggi geognostici finalizzati all’acquisizione delle caratteristiche
geotecniche e geomeccaniche
Qualità dei campioni, grado di disturbo e caratteristiche geotecniche determinabili
-Campioni disturbati o rimaneggiati Q1-Q2-Q3: 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
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
d’acqua naturale .
-Campioni a disturbo limitato o semidisturbati Q4: 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
volume;
-Campioni indisturbati Q5: prelevati tramite campionatori , con modalità tali da mantenere inalterate le
caratteristiche meccaniche del campione (consistenza, struttura, contenuto d’acqua naturale, resistenza,
deformabilità ecc.).
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
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 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
effettuati tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi
dell’intera massa rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza
dipendono dalle discontinuità presenti nell’ammasso roccioso .
Campionatori
I campionatori sono strumenti che permettono il prelievo di campioni in terreni pseudocoerenti di campioni
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,
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
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
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
Campionatori a rotazione
campionatore a doppio carotiere Deninson e Mazier
Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata alti (>4 kg/cm2)
Deninson : A differenza del doppio carotiere
possiede una scarpa fissa avanzata rispetto alla
corona, evitando il contatto del campione con il
fluido di perforazione e una fustella interna in pvc;
usato in terreni a grana fine debolmente cementati
e in terreni pseudocoerenti con Cu >4-5 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)
Campionatori a infissione
campionatore Shelby a pareti sottili
Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata medio bassi (1<cu<4 kg/cm2)
Diametro est. campionatore: 88,9 - 101 mm.
Il campionatore viene infisso nel terreno, senza rotazione,
a velocità e pressione costante sfruttando la traslazione
verso il basso della testa motrice idraulica o più raramente
a percussione mediante una massa battente.
È costituito da una fustella in acciaio zincato con alla base
una scarpa tagliente, collegata a una testina nella parte
sommitale dotata di filettatura per il collegamento con la
batteria di aste. La testina al suo interno ha una valvola a
sfera di acciaio e diverse luci di scarico per creare un
effetto vuoto quando il campione viene sollevato
La lunghezza dell’infissione deve essere minore alla
lunghezza della fustella per evitare compattazioni forzate.
Avvenuta l’infissione della fustella si ruota il campionatore
di 360 ° per tagliare alla base il campione e si tira su. La
fustella contenente il campione viene quindi chiusa
ermeticamente mediante paraffina ed etichettata.
Campionatori a infissione
campionatore a pistone Osterberg
Terreni pseudocoerenti con valori di coesione non drenata bassi (cu<1 kg/cm2) (torbe, limi molli, argille torbose)
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.
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 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
RQD e Classi di qualità della roccia
I terreni coerenti non vengono campionati o meglio i prelievi vengono effettuati
tramite i carotieri. Essi comunque non sono rappresentativi dell’intera massa
rocciosa in quanto le caratteristiche di resistenza dipendono dalle discontinuità
presenti nell’ammasso roccioso .
è basata sulla percentuale di frammenti di lunghezza
maggiore di 10 cm recuperati in ogni manovra di un
carotaggio
RQD_Rock Quality_Designation
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
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.
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)
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
Prove penetrometriche:
a) prove penetrometriche dinamiche discontinue, tipo SPT (Standard Penetration Test)
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
Prove penetrometriche:
a) prove penetrometriche dinamiche discontinue, tipo SPT (Standard Penetration Test)
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:
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)
Prove penetrometriche:
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
Prove penetrometriche:
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 terrenoacciaio 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
Prove penetrometriche:
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)
c) prove penetrometriche statiche
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
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
Recupero e catalogazione dei materiali di perforazione
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
Sequenza di cassette catalogatrici con carote
Presentazione dei dati: Il log, "rapporto“,
con coordinate metriche, descrizioni, misure.
con intestazione, commessa, compilatore, data,
esecutore, scale ecc oltre