εr=0

Prova edometrica

Interpretazione delle prove in laboratorio

Condizioni al contorno controllate dallo sperimentatore

⇓

Tensioni e deformazioni ( → parametri) imposte o misurabili

εa

εv/∆u

σa

εv

σr

Prova triassiale

σv

Problema dell’interpretazione delle prove in sito

Prova meccanica in sito

Condizioni al contorno non controllate dallo sperimentatore

⇓

Tensioni e deformazioni ( → parametri) = ?

Occorre quindi:

· Assumere la conoscenza dello stato tensionale in sito (tensioni geostatiche)· Minimizzare il disturbo prodotto dallo strumento· Introdurre un modello meccanico per l’analisi dei risultati

Attrezzatura:

- paletta (vane), composta da 4 rettangoli di lamiera d’acciaio con sezione a croce -sistema di aste metalliche alla cui estremità è saldato il vane- dispositivo per applicare rotazione a velocità costante, con misuratore di coppia

Lo scissometro o ‘Vane’

Prova scissometrica o Vane Test (VT)

Dimensioni tipiche:diametro D = 45 ÷100 mmaltezza H = 2Dspessore s = 0.8 ÷ 3 mm

Limitazioni esecutive:solo in terreni a grana fine poco consistenti

Prove in sito

5

Installazione:

da foro: infissione a pressione fino a 50 cm oltre il fondo foro di sondaggio

Vane borer (autoperforante): infissione continua dal p.c., all’interno di una batteria di tubi

Vane Test: modalità di installazione

Prove in sito

6

1. Esecuzione di una prova penetrometrica statica (CPT) o meglio di un sondaggio a carotaggio o a distruzione … nella figura un CPT con rivestimento….fino ad unaprofondità prossima a quella di esecuzione del VT; il rivestimento deve essere infisso dopo la penetrazione di ogni asta.

2. Estrazione solo di aste e punta penetrometrica,poi inserimento del vane con le sue aste.

3. Infissione del vane al dal fondo foroper raggiungere terreno indisturbato.

4. Fissaggio del cuscinetto reggispintae del manicotto di centraggiotra aste di prolunga e rivestimento.

5. Serraggio del vitone per bloccarele aste di prolungaal manicotto di supporto.

6. Applicazione della chiave torsiometrica.

7. Esecuzione della prova.

Vane Test: fasi di messa in opera

min/610/1 °=°=α s&

Esecuzione prova:

1. Attesa 2 – 5 minuti dopo l’infissione

2. Applicazione rotazione continua α a velocità costante (6 – 12 °/min)

3. Misura della coppia torcente e registrazione della relazione Mt:α fino a rottura (� Mp)

4. Esecuzione di 10 giri completi (senza misura coppia)

5. Attesa 5 minuti e ripetizione della prova su terreno rimaneggiato (� Mr)

Vane Test: esecuzione della prova

≈25°

+π=π+π=

=θ⋅⋅+θ⋅⋅==+= ∫ ∫∫ ∫ππ

62342

2 ...2

23

2

0

2

00

2

0

DHDc

RcHRc

rddrrcRddhRcMMM

uuu

R

u

H

ublt

⇒= DH 2

Prove in sito

8

Vane Test: interpretazione

Modello: equilibrio limite alla rotazione del cilindro circoscritto alla paletta

Interpretazione (diretta):

)3(

62 HDD

Mc t

u+π

=37

6

D

Mc t

uπ

=

r

p

ru

pu

M

M

c

cS ≡=

,

,

( ) ( )misuratauprogettou cc ⋅= λ

Vane Test: optionals

• indice di sensitività al rimaneggiamento

• fattori di correzione (in base a confronti con prove dilaboratorio e esperienza locale)

p. es. Bjerrum (1973)

Vane Test: profili sperimentali

Il sottosuolo

del rilevato sperimentale

di Porto Tolle

Prova penetrometrica statica o Cone Penetration Test (CPT)

Attrezzatura

Punta conica (tip) standardizzatacon eventuale manicotto scorrevole (Friction Jacket)all’estremità di una batteria d’aste

Limitazioni esecutive

Richiede riperforo in terreni sabbio/ghiaiosi addensati/cementati

Infissione continua (autoperforante) dal piano campagna,

sfruttando ancoraggi a vite o il contrasto con il mezzo di trasporto

Spinta max 100 – 200 kN (10 -20 t)

Velocità avanzamento = 2 cm/s

Prova penetrometrica statica: installazione

Prove in sito

13

La punta del penetrometro meccanico

Angolo apertura punta = 60°

Dimensioni punta: diametro d ≈ 35 mm � sezione = 10 cm2

Dimensioni manicotto: l=135 mm � area = 150 cm2

Punta semplice

(olandese)

Punta con manicotto

(Begemann)

CPT meccanico: esecuzione

Con manicotto

I. posizione iniziale

II. penetrazione 10 cm di punta → misura Rp ⇒ qc =Rp/Ap = resistenza alla punta

III. avanzamento 10 cm aste → misura RL ⇒ rl =RL/Al = resistenza laterale totale (inutilizzata)

Con punta semplice

(I)

(II)(IIbis) (III)

II bis. avanzamento 10 cm punta+manicotto → misura RLL ⇒ fs =RLL/As = resistenza laterale locale

CPT elettrico

Avanzamento continuo di punta, manicotto, aste → misura contemporanea di qc e fs

trasduttori

Piezocono CPTU

E’ una variante con un trasduttore

per la misura della pressione neutra

tra punta e manicotto.

Richiede saturazione prima dell’uso.

Sabbia

Argilla

‘Crosta’ o lente sepolta

Argilla

Esempio di profili CPTU

Profili di resistenza alla punta, laterale e pressione neutraPenetrazione a 2 cm/s

Terreni Valori qc, fs Andamenti Sovrapressioni

Grana grossa elevati irregolari ∆u ≅ 0

Grana fine ridotti regolari ∆u ≠ 0

Prova CPT come indicatore stratigrafico

Regola generale:

c

0vcuuc0vc N

qccNq

σ−=⇒⋅+σ=

Modello

equilibrio limite del volume di rottura circostante la punta

Interpretazione per terreni a grana fine

Carico limite in condizioni non drenate (tensioni totali)

σv0 = tensione totale verticale alla profondità della punta

Nc = coefficiente compreso tra 10 e 30

(N.B. teoria dei pali → Nc = 9)

determinabile da confronto con prove TX-UU o VT

In genere:

Nc < 15 per terreni n.c.

Nc > 15 per terreni o.c.

Prova CPT come misura di resistenza

Modello

equilibrio limite del volume di rottura circostante la punta

Interpretazione per terreni a grana grossa

Carico limite in condizioni drenate (tensioni efficaci)

Prova CPT come misura di resistenza

( ) ''f'

qN'Nq

0v

cq0vqc ϕ⇒ϕ=

σ=⇒σ⋅=

σ’v0 = tensione efficace verticale alla profondità della punta

Nq = coefficiente funzione esponenziale di ϕ’

(NB: teorie molto variabili)

determinabile da confronto con prove di laboratorio

(se effettuabili!)

In genere si sfruttano correlazioni empiriche

per terreni comparabili

Resistenza terreni a grana grossa da prove CPT

Correlazione di Durgunoglu & Mitchell (1975)

qNlog38.0tan ⋅≅ϕ′

Prove in sito

22

Prova CPT: interpretazione indiretta

qc → densità relativa → angolo d’attrito (in terreni a grana grossa)

Può essere più accurata perché tiene conto dell’influenzaanche della granulometria (senza dimenticare che si tratta di correlazioni

empiriche…. )

1. Determinazione della densità relativa

(qc, σ’v → Dr)

2. Determinazione dell’angolo d’attrito

(Dr + granulometria → ϕ’ )

Regola quantitativa:

rapporto FR = qc/fs (friction ratio) = indicatore stratigrafico

Prova CPT come indicatore stratigrafico (2)

Terreni FR

Torbe, Argille organiche ≤15

Limi, Argille 15÷30

Limi sabbiosi, Sabbie limose 30÷60

Sabbie, Sabbie con ghiaia ≥60

Valori tipici di FR:Rf≅1/FR

ccc

u

0v

u

uc0v

s

c NcostanteN

kz

zN

cc

cN

f

qFR >≅

α+γ=

α+

⋅ασ=

⋅α⋅+σ==

• Per un terreno a grana fine omogeneo:

(α= coefficiente di adesione, in genere <1)

costantetank

N

tan

N

f

qFR

0

q

0h

0vq

s

c ≅ϕ′⋅β

=ϕ′σ′⋅β

σ′==

• Per un terreno a grana grossa omogeneo:

(funzione crescente di ϕ’)

Terreno β

Sabbia limosa 1.5

Sabbia mediamente densa 2

Sabbia densa 3

Sabbia e ghiaia 5

Modello: non c’è (il CPT è una misura di resistenza!)

1. Modulo di Young, E’ 2. Modulo di compressione edometrica, Eed

η =1.8 ÷ 2.6 (sabbie n.c.) → 6 ÷ 19 (sabbie o.c.)

α = 2.5 (sabbie fini) ÷ 5 (sabbie ghiaiose)

k = 1.2 ÷ 1.5

Prova CPT: interpretazione per rigidezze…..

Parametri di rigidezza (in terreni a grana grossa)

cqE ⋅β=′

c25 qE ⋅η=′

ced qE ⋅α=

EkEed ′⋅=

Prova penetrometrica dinamica o Standard Penetration Test (SPT)

Attrezzatura

Sonda standardizzata (“campionatore Raymond”) o punta conicainfissa a percussione

Energia di impatto standard (massa m = 63.5 kg; altezza caduta h = 76 cm)mediante caduta di massa battentesulla testa delle colonne delle aste

Altre versioni (diffidare delle imitazioni non standard!):

SCPT (Standard Cone Penetration Test): punta conica, avanzamento continuoDLPT (Dynamic Lightweight Penetration Test): punta conica, energia impatto ≃ 1/6

1. Aggancio e sollevamento del maglio

Installazione di una prova penetrometrica dinamica (S.P.T.)

H=76 cm

W=63.5 kg

2. Sgancio e caduta del maglio sulla cuffia

Infissione da fondo foro, con ritmo da 10 a 25 colpi/min

La sonda della prova penetrometrica dinamica

Campionatore Raymond Punta conica

(per ghiaie grosse)

diametro interno d = 35 mm

L = 355 mm

diametro d = 51 mm

angolo = 60°

Prove in sito

28

Prova penetrometrica dinamica: esecuzione

i+1. penetrazione 15 cm (superamento disturbo fondo foro) → conteggio N1 (inutilizzato)

i+2. penetrazione 15 cm → conteggio N2

i+3. penetrazione 15 cm → conteggio N3

⇓

numero di colpi

NSPT = N2 + N3

(< 100, altrimenti “rifiuto”)

Limitazioni esecutive

Poco attendibile per terreni ghiaiosiper interferenze tra sondae particelle grossolane……..

Esempi di profili SPT

terreno omogeneo

Prova SPT come misura di resistenza

Modello

equilibrio dinamico del sistemaaste + sonda + terreno

Interpretazione per terreni a grana grossa (de Mello, 1971)

Energia impatto = lavoro per vincere l’attrito + lavoro di deformazione elastica del sistema

τ = tensione tangenziale a rottura alla profondità di prova (= σ’h0 tan ϕ’ ∝ σ’v0 tan ϕ’ )

i = infissione (30 cm)

m, h, d, L = parametri geometrici (standard) dell’attrezzatura

e(z)= energia di deformazione di cuffia + aste + sonda = f(profondità)

( ) ( )ϕ′σ′=⇒+⋅τ⋅π=⋅ ,fNzeidL2mghN 0vSPTSPT ( )0vSPT,Nf σ′=ϕ′⇒

Correzione Nspt

(Skempton, 1986)

Hammers (masse battenti-diversi sistemi)

(Skempton, 1986)

Resistenza terreni a grana grossa da prove SPT

0

10

20

30

40

50

σ'v (kPa)N

SP

T

ϕ '=50° ϕ '=45°

ϕ '=40°

ϕ '=35°

ϕ '=30°

ϕ '=25°

50 100 150 200 250 3000

Abaco di de Mello (1971) Applicazione……..

Prove in sito

34

Determinazione sommaria della densità relativa (NSPT→ Dr)

Prova SPT: interpretazione indiretta

NSPT → densità relativa → angolo d’attrito (in terreni a grana grossa)

1. Determinazione della densità relativa

(NSPT, σ’v → Dr)

2. Determinazione dell’angolo d’attrito

(Dr + granulometria → ϕ’ )

NSPT

Densità relativa

Terzaghi & Peck (1948) Gibbs & Holtz (1957)

< 4 molto sciolta 0 - 15%4 ÷ 10 sciolta 15 – 35%10 ÷ 30 media 35 – 65%30 ÷ 50 densa 65 – 85%> 50 molto densa 85 – 100%

Prova penetrometrica dinamica vs. statica

Svantaggi SPT rispetto a CPT

• Profilo discontinuo

• Necessità fori sondaggio

• Sensibilità fattori sperimentali

• Scarsa significatività in terreni fini

Vantaggi SPT

• Riconoscimento del terreno

• Notevole esperienza cumulata

• Eseguibile in (quasi) tutti i terreni

• Maggiori profondità raggiungibili

1. Numero colpi → resistenza alla punta equivalente (NSPT, granulometria → qc)

Equivalenza tra prova penetrometrica dinamica e statica

(D50 = diametro della frazione passante al 50%)

Correlazioni analitiche suggerite …..