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Indagini e prove in sito - riassunto dettagliato per il corso Appunti scolastici Premium

Riassunto, di 14 pagine, che tratta tutti gli argomenti visti nel corso di "Indagini e prove in sito", terzo anno di scienze Geologiche.
Capitoli:
Perforazioni per fini ingegneristici
Prove in sito
Rilievo geomeccanico
Caratterizzazione delle discontinuità
Analisi cinematica
Classificazione degli ammassi rocciosi
Proprietà e comportamento delle rocce deboli... Vedi di più

Esame di Indagini e prove in sito docente Prof. F. Veneri

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ESTRATTO DOCUMENTO

Strumentazion Scissometro: Strumento di torsione (in superficie), fatto da un disco di carta su cui 1

e pennino segna l’andamento della prova, ovvero le resistenze del terreno; batteria d’aste;

anello allargatore, batteria di tubi di rivestimento, paletta (costituita da 2 lame rettangolari

in acciaio sottile, uniti a croce, con H doppia rispetta al D (H da 90-200mm) e D del

cilindro dato da rotazione palette da 45-100 mm)

Terreni Si effettua solo su terreni addensati

Vantaggi Prova rapida, economica, molto usata

Limiti Max profondità=30 m dal p.c.

Fase Possibili configurazioni:

esecutiva • In campo (da p.c.), necessita un apparecchio autoperforante. Esecuzione:

Infissione a P dello strumento fino a 0,5 m più in alto rispetto il punto di

 esecuzione della prova

Bloccaggio della batteria dei tubi di rivestimento

 Infissione palette fino a punto di esecuzione

 Collegamento strumento di torsione con palette

 Esecuzione prova (rotazione paletta con registrazione delle resistenze del

 terreno)

• In parete (orizzontalmente rispetto a parete del pozzo)

• A partire dal fondoforo, se ho alta resistenza devo ridurre il D del cilindro. H/D=2

Esecuzione:

Infissione aste fino a quota prevista

 Rotazione paletta tramite strumento di torsione

 Misurazione torsione max per tagliare il terreno e si prosegue per almeno 3

 giri completi (resistenza di picco)

Si misura e annota anche lo sforzo di torsione residuo (=la resistenza al taglio

 residua)

• In lab, con palette molto più piccole

Risultati Formula della resistenza al taglio non drenata Su (2 formule), diagramma deformazione

angolare (angolo formato dalle lame palette con la posizione NS)-resistenza al taglio Su

appena calcolata

Interpretazion Per valutare la resistenza al taglio non drenata (Su) dei terreni coesivi saturi e variazione

e risultati di Su con la profondità (a intervalli di 50 cm)

Rilievo geomeccanico

Il terreno è costituito da terre e rocce. Una terra è un materiale naturale formato da aggregati di granuli non legati tra

di loro o facilmente separabili (da contatto con acqua o lievi sollecitazioni), una roccia è un materiale naturale

formato da un aggregato di minerali e particelle discrete, legati saldamente da forze di coesione (cementate). La

coesione può essere: apparente (per tensione superficiale dell’acqua, si ha solitamente in terre incoerenti), per

fusione dei complessi di adsorbimento (in terre coerenti, argille), per cementazione (in rocce). Invece un ammasso

roccioso è una roccia nella sua sede naturale, comprendente zone di omogeneità separate da discontinuità.

L’ammasso roccioso non è un corpo uniforme e omogeneo e il suo comportamento dipende da: comportamento

elementi lapidei (corpi elastici a rottura fragile), grado di libertà di movimento dei singoli grani (è funzione delle

caratteristiche geometriche). Una discontinuità è una superficie di interruzione nel continuo roccioso che ha

resistenza a trazione nulla o trascurabile e resistenza al taglio molto minore rispetto a quella della roccia compatta.

Può essere: di natura primaria (durante la sedimentazione della roccia, stratificazione); di natura acquisita (derivante

da attività tettonicha – joints, faglie, di alterazione, di dentensionamento – sheeting, di raffreddamento – basalti

colonnari).

N.B. il comportamento geomeccanico di un ammasso roccioso dipende in max parte dalle resistenze disponibili

lungo le discontinuità e dall’orientazione delle discontinuità nello spazio.

Il rilievo geomeccanico necessita di queste caratteristiche, che rientrano sotto la descrizione del sito, proposta

dall’ISMR:

Generalità Luogo, data, tipo di affioramento

Geologia Nome FM, litologia, struttura, pieghe

Instabilità ammasso

roccioso

Tipo di ammasso Dimensione relativa blocchi, presenza di anisotropie strutturali (famiglie o

set di discontinuità) o litologiche (alternanza di diversi litotipi).

A seconda del numero di set divo gli ammassi in:

a blocchi - equidimensionali, prismatici, romboedrali

o Lastriforme

o colonnare

o irregolare

o fratturato

o poliedrico

o tabulare

o

Grado di alterazione Chimica e/o fisica. Si usa la terminologia proposta dall’ISMR (International

Society of Rock Mechanics). L’alterazione si individua dalla decolorazione

o dalla variazione di colore della roccia (si usano le tavole di Munsell per

oggettivizzare il colore della roccia). Una possibile classificazione divide gli

ammassi, a seconda del grado di alterazione, in: freschi, decolorati,

decomposti, disgregati

Resistenza ammasso Si valuta la resistenza a compressione uniassiale/monoassiale (parametro

roccioso che discrimina una roccia da una roccia debole e da una terra<1MPa). Si

fa riferimento alla classe litotecnica valutata tramite il Manual Index Test

(S1 a S6 per argille-con resistenza crescente, per rocce da R0 a R6-con

resistenza crescente) proposto dall’ISRM; oppure con la prova

sclerometrica in sito (usando Martello di Schmidt)

Numero di famiglie di Famiglie o set. Indicare il n° di famiglie visibili

discontinuità

Giacitura piano di Va riportata l’orientazione del versante, l’altezza dal p.c., la alrghezza, il

affioramento valore dell’azimuth della linea di max pendenza, inclinazione

Giacitura linea di Giaciutura della linea di scansione che tracciamo in parete (su di essa

scansione misuro le discontinuità che la intersecano)

Tipo di discontinuità Stratificazione – superficie che delimita il confine tra due strati

 Contatto – superficie che delimita 2 litotipi diversi

 Unconformity – superficie tra 2 rocce che indica fase di erosione

 Scistosità – superficie di fissilità in rocce argillitiche, foliazione

 secondaria su cui si ha cristallizzazione (in condizioni metamorfiche)

Gneissosità – superficie di fissilità degli gneiss (metamorfismo)

 Clivaggio – superfici di fissilità poco spaziate e subparallele

 Joint – fratture o discontinuità meccaniche lungo cui non si è sviluppato

 movimento apprezzabile. Sono strutture continue e si estendono da

pochi cm a centinaia di m. Possono essere:

Exfoliation joints (giunti di esfoliazione) – giunti a foglia di cipolla

 intorno a plutoni granitici per: cambio volumetrico di minerali tipo

biotite, una volta che inizia l’alterazione, per riduzione di carico

litostatico (unloading), per termoclastismo

Giunti colonnari, che si sviluppano nelle rocce vulcaniche durante il

 raffreddamento, sono perpendicolari alla superficie (basalti. Islanda.)

Faglie – fratture con evidente movimento relativo delle masse rocciose

 coinvolte

Shear – superfici di taglio lungo cui si ha discolazione non quantificabile

 Giunti stilolitici – discontinuità irregolari fatte da picchi e cavità,

 provocati da dissoluzione a seguito di sforzi compressivi (cervello)

Vene – fratture con riempimento di spessore inferiore a 3 cm

 Limiti – superfici che delimitano rocce di diversa composizione o

 resistenza come risultato di processi di formazione della roccia stessa,

della tettonica o alterazione

Caratterizzazione delle discontinuità

Le discontinuità sono dotate di numerose caratteristiche, la cui conoscenza è fondamentale per il riconoscimento e

lo studio di esse (tramite le quali possiamo caratterizzare in modo geomeccanico l’ammasso roccioso):

Orientazione Giacitura della superficie di discontinuità:

• Direzione – intersezione della superficie con il piano orizzontale

• Inclinazione – angolo tra superficie e il piano orizzontale

• Immersione – proiezione della linea di max pendenza sul piano

orizzontale (si misura l’azimuth)

Spaziatura Distanza tra 2 discontinuità successive, misurata lungo la linea di

scansione. Ne esistono di 3 tipi:

- Spaziatura totale Xt – distanza tra 2 disc immediatamente adiacenti,

misurata lungo la linea di scansione

- Spaziatura del set Xd – distanza tra 2 disc dello stesso set

immediatamente adiacenti, misurata lungo la linea di scansione

- Spaziatura normale del set Xn – distanza tra 2 disc dello stesso set

immediatamente adiacenti, misurata lungo la normale media del set

Dimensione dei blocchi In base alla spaziatura media posso stimare il volume unitario dei blocchi

che si vengono a formare per l’intersezione tra diversi set di discontinuità.

La conoscenza della dimensione dei blocchi è fondamentale per

dimensionare correttamente opere di sostegno. La dim blocchi può essere

espressa anche tramite l’indice Jv (numero giunti per m^3 di roccia).

Formula Jv. Formula Vb.

Rugosità delle pareti JRC 1 delle caratteristiche più importanti, serve x valutare le resistenze

disponibili lungo piano di discontinuità. È caratterizzata da: ondulazione a

(Joint Routhness grande scala cioè irregolarità della superficie del giunto con lunghezza

Coefficient) d’onda>10 cm (rugosità di 1° ordine), e da rugosità vera e propria a scala

minore (di 2° ordine). Per discontinuità ondulate uso la classificazione

dell’ISRM. Le misure di curvatura vanno riferite ai singoli set. In generale

le pareti possono essere: planari, ondulate, rugose. Formula della

rugosità.

La rugosità si misura con:

Per rugosità di 1° ordine si usa un’asta dritta che viene appoggiata

 alla superficie e misura l’ampiezza (in mm) dal giunto all’asta

Per rugosità di 2° ordine uso il pettine di Burton, usando il metodo di

 Barton&Choubey. È un profilometro formato da denti che si adattano

alla rugosità della superficie e ne riproduce il profilo lungo un tratto di

10 cm che poi viene confrontato con i profili standard contenuti in

una tabella (ogni profilo standard ha valori di JRC da 0 (superf liscia)

a 20 (estremamente rugosa)

La rugosità deve essere misurata lungo la direzione di scorrimento.

Resistenza delle pareti È la resistenza a compressione uniassiale delle pareti delle discontinuità.

JCS (Joint Compressive Il JCS si determina tramite prove sclerometriche sulle pareti delle

Strenght) discontinuità più rappresentative dei vari set, facendo ogni volta 20 serie di

letture (10 su superficie naturale della discontinuità, 10 sulla superficie

dopo levigatura a mano, dopo aver tolto la pellicola alterata superficiale).

Bisogna indicare l’inclinazione del martello di Schmidt rispetto

all’orizzontale e non appoggiare la punta su superfici che potrebbero

falsare il risultato (asperità, muschi). Si ottengono diagrammi posizione

sclerometro-resistenza a compressione monoassiale (fascio di rette

ognuna con un gamma). Il movimento di taglio avviene se la sollecitazione

di taglio lungo la discontinuità supera la resistenza al taglio del piano di

discontinuità

Apertura e riempimento È la distanza ortogonale tra le pareti della discontinuità, misurata con uno

spessimetro o un metro. A seconda del suo valore abbiamo discontinuità:

Serrate – con apertura assente o sottilissima

 Aperte

 Riempite – con riempimento di materiale. Se è coesivo la resistenza a

 taglio è influenzata da res al taglio del materiale di riempimento

Sottoposte a sforzo di taglio le pareti di roccia separate da discontinuità si

comportano in diversi modi a seconda del rapporto tra apertura/rugosità

se ampiezza dell’apertura < ampiezza della rugosità allora i lembi si

incastrano e non scorrono (resistenza al taglio elevata). Nel caso contrario

i lembi scorrono l’uno sull’altro e si allontanano

Filtrazione Rappresenta le condizioni idrauliche delle discontinuità. Varie categorie:

dall’asciutta a quella con acqua che scorre. Si descrivono per ogni piano,

che interseca la linea di scansione, le condizioni di filtrazione lungo la

superficie. Esiste permeabilità primaria-legata a porosità terra,

permeabilità secondaria-x fratturazione di materiale. Esistono termini

descrittivi proposti dall’ISRM che descrivono la filtrazione lungo le

discontinuità

Continuità o persistenza Descrive (in % o in termini di lunghezza) l’estensione di una discontinuità:

lungo un affioramento (estensione lineare) o rispetto alla superficie interna

dell’ammasso (estensione areale), quest’ultima è difficile da determinare

perché le discontinuità hanno lunghezza maggiore rispetto alla lunghezza

visibile. Secondo la classificazione di Brady&Brown le discontinuità hanno:

• persistenza molto bassa <1

• bassa

• media

• alta

• molto alta > 20

una discontinuità persistente è un piano che taglia con continuità un

ammasso roccioso. 1 non pertinente termina nella roccia intatta.

N.B. La persistenza determina la possibilità di movimento relativo tra i

lembi.

Terminazione È la condizione alle estremità di una discontinuità. Secondo l’SRM ci sono

3 tipi di terminazioni:

Tr- terminazione in roccia intatta

 Tc- terminazione contro una frattura

 Te- terminazione fuori dalla parete di affioramento

Resistenza al taglio dell’ammasso roccioso

La rottura x sforzi di taglio in un ammasso roccioso:

- può coinvolgere giunti e porzioni di roccia intatta  la resistenza al taglio si trova usando le classificazioni

geomeccaniche

- può avvenire lungo 1 o poche superfici di discontinuità la resistenza dell’ammasso roccioso si trova tramite

prove di taglio diretto su discontinuità preesistenti (formula della resistenza – tau)

A seconda del tipo e del grado di persistenza della discontinuità si può avere o meno movimento relativo dei 2 lembi

di essa. N.B. Si ha deformazione di taglio se la sollecitazione di taglio lungo il piano è maggiore della resistenza al

taglio del piano! La resistenza al taglio lungo i lembi può essere minore della resistenza al taglio delle porzioni più

interne della roccia, x via dell’azione data dagli agenti atmosferici  disgregazione meccanica o decomposizione

chimica. Il grado di alterazione della discontinuità è stimato tramite il rapporto resistenza a compressione della

discontinuità/resistenza a compressione roccia intatta, entrambe misurate con lo sclerometro.

N.B. Importante tener conto della rugosità. > rugosità > resistenza al taglio della discontinuità.

1. rugosità di 1° ordine – per alti livelli di sollecitazione (di pressione normale) il processo di taglio è governato

dalle rugosità di 1° ordine, si ha rottura del materiale in corrispondenza delle rugosità di 2° ordine.

2. rugosità di 2° ordine (dilatanza) – per bassi livelli di sollecitazione (di pressione normale) il processo di taglio

è governato da rugosità di 2° ordine. Formule angolo di attrito di picco e resistenza-tau. L’angolo di attrito è =

a angolo di attrito di base + inclinazione delle asperità (l’inclinazione asperità sarà minore nelle rugosità di 1°

ordine)

N.B. per sollecitazioni ancora > si ha rottura lungo una superficie piana in corrispondenza delle asperità (angolo

di attrito=angolo attrito di base + i formula).

Valori caratteristici della roccia in esame sono:

L’angolo di attrito * max (di picco) è funzione di:

• tensione di confinamento agente nella direzione perpendicolare alla discontinuità

• rugosità

• condizioni fisico-meccaniche delle pareti

• angolo di attrito di base

Formulona angolo di attrito di picco. Da ciò deriva il criterio di resistenza di Barton e Choubey, che si usa per

ricavare i valori della coesione e dell’angolo di attrito in funzione degli sforzi normali. Altra formulona + grafico!

L’angolo di attrito di base si può ottenere da:

• prove di taglio su superfici di roccia piane, levigate, sabbiate artificialmente e non alterate

• attraverso il tilt test = prova durante la quale 2 blocchetti di roccia, ottenuti per segagione, vengono

appoggiati uno sull’altro e vengono posti su una base che viene lentamente inclinata di un angolo sempre

maggiore, fino allo scivolamento. L’angolo grazie al quale si ha scivolamento è l’angolo di attrito di base!

Guarda diagrammi resistenza di taglio lungo superficie piana e scabra.

N.B. Se la discontinuità è riempita di altro materiale allora la res al taglio è influenzata da natura e da spessore

del materiale di riempimento.

*Angolo di attrito = forza necessaria per rompere il legame tra 2 particelle e produrre movimento.

Analisi cinematica

Dato che la stabilità delle pareti rocciose dipende dall’assetto delle discontinuità, occorre fare analisi riguardanti la

presenza di condizioni che comportano lo svincolo dei blocchi separati da piani di discontinuità. Si conducono,

quindi, analisi cinematiche o test di Markland, che permettono di valutare le condizioni di stabilità utilizzando criteri di

congruenza cinematica (indicano se i movimenti sono geometricamente possibili oppure no).

La giacitura di un piano di discontinuità può essere rappresentata utilizzando una sfera tagliata da un piano

(passante per il centro). Il piano che si viene a formare rappresenta la direzione, immersione e inclinazione nello

spazio del nostro piano di discontinuità (N.B. prendiamo in considerazione solo la porzione inferiore del piano).

Per rappresentare i piani proiettiamo la sfera su una superficie in 2D, tramite proiezioni stereografiche, e otteniamo

dei cerchi. Per rappresentare le proiezioni stereografiche utilizziamo il reticolo di Schmidt, sul quale disegnamo i

piani in esame. Esso è anche detto equiareale perchè suddiviso in tanti "quadrettini" di uguale superficie (che

ricordano la suddivisione in meridiani e paralleli). Come rappresentare un piano sul reticolo di Schmidt:

• prendo della carta lucida e la fisso sopra il reticolo, attraverso una puntina posta al centro. La carta lucida è

libera di ruotare

• traccio sul lucido il cerchio max del reticolo di Schmidt e segno i punti cardinali NSEW

• traccio il piano in esame (sul lucido):

- piano orizzontale è il cerchio max

- piano verticale NS è una linea dritta che va da N a S

- piano verticale NE-SW: segno sul lucido la direzione del piano, ruoto il lucido così da portare

la direzione in corrispondenza di NS, traccio una linea dritta NS, ruoto di nuovo il lucido fino a

posizione iniziale  questa è la giacitura di quel piano

- piano con inclinazione 50° NE-SW: segno sul lucido la direzione, ruoto fino a far combaciare la

direzione segnata con NS, traccio una linea dritta NS, ricalco la ciclografica dei 50° nel lato verso il

quale immerge il piano, ruoto il lucido fino alla posizione iniziale  quella è la giacitura del piano

(rappresenta la direzione, immersione e inclinazione del piano) che è un’arco

• Il piano può essere rappresentato da un punto, chiamato polo, che è la proiezione, nel piano, della retta

perpendicolare all’arco. Più il piano della discontinuità è inclinato e più il polo è vicino alla circonferenza;

meno è inclinato e più il polo è vicino alla verticale.

N.B. gli angoli sulla linea equatoriale del reticolo di Schmidt, se rappresento una discontinuità: crescono vs

l’interno, se rappresento un polo: descrescono vs l’interno.

Possibili tipi di cinematismo:

Scorrimento planare Scivolamento a cuneo Ribaltamento diretto

Definizione: Definizione: Definizione:

Avviene se c’è una rottura lungo una Avviene se c’è una rottura lungo 2 Avviene se c’è una rottura lungo

discontinuità planare, inclinata verso discontinuità non parallele, la cui discontinuità subverticali con

la superficie esterna del pendio. intersezione è inclinata verso la ribaltamento di blocchi.

superficie esterna del pendio. Il

movimento si avrà lungo la

superficie di intersezione.

Avviene se sono verificate le Avviene se:

condizioni: 1. Ci sono 2 set di discontinuità piani

1. Inclinazione versante > le cui intersezioni immergono

Avviene se queste condizioni sono

inclinazione del piano di verso l’interno del versante (cioè

verificate:

scivolamento piani a reggipoggio)

1. Inclinazione

2. Il potenziale piano di 2. C’è un set di discontinuità piane

versante>inclinazione della linea

scivolamento emergere dal piano che costituisce la base dei blocchi

di intersezione (ciò permette

del versante da ribaltare (permette la rotazione

l’esistenza di un blocco discreto) lungo il piano basale)

3. Immersione del piano di 2. La linea di intersezione emerge

scivolamento giace entro +- 20° dal versante (cioè se la giacitura

rispetto l’immersione del piano di è a franapogio<pendio) Le 3 famiglie creano dei blocchi

versante pronti a ribaltare (x effetto della

3. Inclinazione della linea di

4. Inclinazione del possibile piano gravità). Il ribaltamento tende ad

intersezione raggiunge il valore di

di scivolamento raggiunge la avvenire entro 1 intervallo di 20°

resistenza dei 2 piani (angolo di

resistenza al taglio del piano, rispetto l’inclinazione del pendio.

inclinazione linea di

cioè inclinazione del intersezione>angolo di attrito

piano>angolo di attrito piano piano di scivolamento) Rappresentazione:

*Le condizioni 1,2,4 sono di tipo 4. Immersione della linea di

geometrico. La 3 è di tipo le 2 condizioni sono rappresentate

intersezione giace entro +-20°

meccanico (indica le condizioni di graficamente nello stereodiagramma

rispetto l’immersione del versante

equilibrio statico del blocco). x il ribaltamento diretto (guarda

disegno).

Rappresentazione:

Rappresentazione: le 4 condizioni sono rappresentate

le 4 condizioni sono rappresentate graficamente nello stereogramma x

nello stereogramma x l’instabilità l’insabilità allo scivolamento a cuneo

allo scivolamento planare (guarda (guarda disegno).

disegno).

Per concludere l’analisi cinematica inseriamo i dati all’interno del diagramma inclinazione piano basale-base/altezza

blocco roccioso, costituito da una curva lungo la quale i blocchi sono in equilibrio limite (non scivolano e non si

ribaltano), ciò che sta a dx è in condizioni di instabilità (si ribalta), ciò che sta a sx è in condizioni stabili (non si

ribalta).

Classificazione degli ammassi rocciosi

Per conoscere, in fase preliminare, le caratteristiche di resistenza e deformabilità degli ammassi rocciosi si utilizzano

sistemi di classificazione geomeccanici. Questi nascono, negli anni 50, dall’esigenza di progettare la creazione di

gallerie e oggi sono applicati alla realizzazione di opere ingegneristiche di vario tipo. Lo scavo di una galleria può

avvenire in diversi modi:

- Tramite l’utilizzo di dinamite, per scavare la roccia e utilizzando centine circolari per sostenere le pareti

(fissate tra loro da reti elettrosaldate e ricoperte da cemento a spruzzo) (es. galleria Urbino-Fermignano).

- Scavo meccanizzato, utilizzando grandi frese

- Col metodo del cut&cover


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Riassunto, di 14 pagine, che tratta tutti gli argomenti visti nel corso di "Indagini e prove in sito", terzo anno di scienze Geologiche.
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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze geologiche e gestione del territorio
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher mbruscolini1 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Indagini e prove in sito e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Carlo Bo - Uniurb o del prof Veneri Francesco.

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