Indagini e prove in situ

SPT

La prova penetrometrica dinamica SPT ( standard penetration test) è sempre una prova dinamica,

caratterizzata da dei parametri standard. Con questa prova si vede la resistenza che un terreno

offre alla penetrazione dinamica di un particolare campionatore infisso nel terreno a partire da un

foro di sondaggio, il quale permette anche di ricavare piccoli campioni di terreno. La prova è

indicata per lo più in terreni sabbiosi e meno in terreni limoso-argillosi. La prova consiste nel far

cadere ripetutamente un maglio del peso di 63,5 Kg da un’altezza di 760 mm su una testa di

battuta posta sopra la batteria di asta, alla cui estremità è avvitato il campionatore con scarpa

tagliente di dimensioni standard (diametro esterno 5,1 cm, diametro interno 35 mm, altezza di 457

mm; la scarpa tagliente ha una lunghezza di 76 mm, dei quali gli ultimi 19 sono rastremati per

favorire la penetrazione). Il numero dei colpi necessari per avere una penetrazione di 30 cm mi

indica N , e si inizia a calcolare dopo un iniziale posizionamento del campionatore a 15 cm dal

spt

fondo foro. Se la prova si esegue su terreni molto compatti o ghiaiosi si può sostituire il

campionatore con una punta conica.

Il terreno a fondo foro deve essere relativamente indisturbato, perciò il foro non si realizza a

percussione ma per lo più a rotazione a circolazione diretta. Nel caso in cui il terreno non sia

stabile, si impiega un rivestimento che non deve arrivare al di sotto della profondità di inizio prova.

La prova consiste nel far penetrare il campionatore per due tratti successivi. Il primo tratto, che è

di avviamento, corrisponde ad un avanzamento di 15 cm e ottengo N1. Se con N1 l’avanzamento

è inferiore a 15 cm la prova si conclude e si annota la relativa penetrazione con 50 colpi. Se

invece si supera il tratto di avviamento, il campionatore viene fatto avanzare per ulteriori 30 cm,

contando il numero dei colpi per i primi e secondi 15 cm ( N2 e N3). N2+N3 mi da N . Se con 100

spt

colpi non avanzo di 30 cm ottengo il rifiuto e si sospende la prova. Alla fine il campionatore viene

estratto, aperto e prelevato il campione nel quale si ricaveranno i parametri geotecnici.

La resistenza penetrometrica dipende per lo più dal grado di addensamento, che è in funzione

della pressione litostatica. Il valore di N va perciò corretto in funzione della profondità di indagine,

spt

ottenendo l’indice di resistenza alla penetrazione corretto N :

c

N = N · C

C SPT N

dove C :

N v(0,56)

C =1/σ’

n

C diminuisce con la profondità, visto che aumenta il sigma primo.

n

Un'altra correzione che si fa è per il rendimento del sistema di infissione, che si base sul numero

di colpi corretto al rendimento del 60%, sul rendimento medio e su N .

spt

Dai risultati si può anche ricavare la densità relativa, direttamente dal numero dei colpi in base al

grafico di Gibbs e Holtz, nel quale in base al numero dei colpi e della tensione efficace, ottengo un

punto che mi intersecherà una curva, la quale è caratterizzata da un certo valore della densità

relativa, e può essere molto sciolto, medio o molto denso. Per le argille invece si parla di stato di

consistenza e può essere molle, compatto o duro con tutti i componenti intermedi, sempre in base

al numero dei colpi. Sempre con un grafico in cui ho la tensione efficace e il numero dei colpi

posso ricavare l’angolo di attrito.

I risultati di questa prova sono collegabili alle proprietà del terreno solo con delle relazione

empiriche, in quanto dipende dalla composizione mineralogica, dallo stato tensionale, dalla

cementazione, dalle modalità di esecuzione della prova e dal dispositivo di battitura.

PROVE PENETROMETRICHE STATICHE (CPT, CPTU, SCPTU)

Nella prova penetrometrica statica tipo CPT, una punta conica viene infissa nel terreno, mediante

una batteria d’aste a velocità costante (2cm/sec), misurando a intervalli prefissati la resistenza alla

penetrazione della punta conica, di dimensioni standardizzate. Lo sforzo alla penetrazione viene

applicato da un dispositivo di spinta che agisce sulla batteria di aste, alla cui estremità è posta la

punta. La prova può essere eseguita sui tipi di terre comprese tra argille e sabbie grosse. La

profondità massima di indagine è in funzione della natura dei terreni attraversati, e può essere

spinta fino a 60 m, purché la resistenza del terreno sia inferiore alla spinta esercitabile

dall’attrezzatura. Il dispositivo di spinta, solitamente un martinetto idraulico, esercita una spinta

verso l’alto, e perciò è necessario un contrasto che viene dato dall’infissione nel terreno di due

elicoidi. Il contrasto, deve essere uguale o maggiore della spinta esercitata dal martinetto. La

punta conica ha un angolo di apertura di 60°, un diametro variabile da 34,6 a 36 mm e una

2

sezione di 10 cm . Si utilizzano due diversi tipi di punte penetrometriche: la punta fissa, che si

muove in solido con la batteria di aste, e quella telescopica, che può essere infissa nel terreno

indipendentemente dalla batteria di aste cave. Entrambi i tipi di punta possono essere dotati di un

manicotto, per la misura dell’attrito laterale. Infatti, con questa prova, si misura, non solo la

resistenza alla punta, ma anche l’attrito laterale del manicotto, che solitamente ha una superfice di

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200 Cm . Ad almeno 1 metro sopra della punta penetrometrica, può essere installato un anello

allargatore, che serve per diminuire l’attrito del terreno lunga la batteria di aste e aumentare quindi

la capacità di approfondimento. In base al tipo di spinta esercitabile dal martinetto distinguo le

attrezzature in leggere, medie e pesanti. Il tipo più diffuso è quella pesante con spinta maggiore di

200 kN. Maggiori capacità di spinta consentono di attraversare terreni più consistenti, ma

necessitano di un contrasto almeno equivalente alla spinta esercitata, altrimenti il macchinario si

disancora dal terreno.

In base al dispositivo di misura dello sforzo a penetrazione si distinguono:

Penetrometri meccanici, nei quali lo sforzo è misurato direttamente in superfice da dei

 manometri collegati al martinetto. In questo tipo di penetrometro si utilizza la punta

telescopica, nella quale viene fatta alternativamente avanzare la punta per primo, e la

punta + il manicotto mediante l’impiego di aste a sezione piena poste dentro alla

batteria di aste cave. La misura della resistenza la faccio ogni 20 cm di penetrazione.

In questo modo rilevo la resistenza all’avanzamento della sola punta ( Qc) e la

resistenza per attrito laterale sul manicotto (Qs).

Penetrometro elettrico, nei quali lo sforzo è misurato da dispositivi elettrici posizionati

 direttamente nella punta. Questi sensori producono dei segnali proporzionali alle

variazione di carico e quindi alla resistenza del terreno, che vengono inviati

direttamente in superfice dove c’è un apposita centralina che memorizza i dati. La

misura della resistenza avviene grazie a delle celle di carico. I cavi elettrici che

collegano la punta agli strumenti di superfice passano all’interno delle aste e le misure

vengono registrate sotto forma di grafici su carta che scorre ad una velocità

proporzionale a quella di penetrazione. I grafici sono quello della resistenza alla punta

e quello dell’attrito laterale in funzione della profondità.

La resistenza alla punta è: qc = Qc/Ac

dove Qc è la spinta agente sul cono e Ac è l’area di base del cono. La resistenza di attrito laterale

è Fs: Fs= Qs/As

Dove Qs è la spinta agente sul manicotto e As è la superfice laterale del manicotto.

La prova CPT permette di rilevare l’andamento stratigrafico lungo una verticale e capire il tipo di

litologia attraversata. Infatti con un grafico in cui ho in ascissa l’attrito laterale e in ordinata la

resistenza alla punta, ottengo un punto nel grafico che mi corrisponderà ad una certa curva. Ogni

curva presente è rappresentativa di un tipo di terreno. Considerando invece in ascissa il rapporto

delle resistenze ( Fs/qc) in percentuale, e in ordinata la resistenza alla punta, ho un grafico in cui

entrandoci con una coppia di valori ricadrò in un certo campo che mi corrisponde ad un tipo di

terreno. Con correlazioni empiriche è poi possibile arrivare anche a valutare l’angolo di attrito e la

resistenza al taglio non drenata dei terreni coesivi.

Una tipologia più avanzata della CPT, è la CPTU, con la quale riesco a misurare anche altri

parametri, oltre ad i due citati prima. Con questa tipologia si utilizza una punta piezometrica,

grazie alla quale posso misurare anche il valore delle sovrappressioni indotte durante

l’avanzamento e quindi riconoscere il tipo di materiale.

Esistono anche dei piezoconi sismici (SCPTU), dentro il quale ho dei geofoni che misurano le

onde sismiche che genero in superfice. Per il resto ha lo stesso meccanismo della CPTU.

PROVA DI CARICO SU PIASTRA

La prova di carico su piastra testa la resistenza del terreno sottoposto a una pressione, e valuta la

portanza dei terreni. Si utilizza per il controllo dei terreni posti sotto le opere fondali o sotto le

pavimentazioni stradali e aereoportuali. La prova di carico su piastra ha la capacità di simulare il

comportamento effettivo del terreno sotto il carico di una fondazione superficiale o profonda. La

prova si esegue con una piastra circolare di diametro si 298,5 mm, con spessore di 20 mm e una

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superfice di 700 cm , che viene caricata con un martinetto idraulico applicato ad una struttura di

contrasto. La piastra viene appoggiata direttamente sul terreno o sul fondo di un foro, e la

superfice viene resa piana da un sottile strato di sabbia affinché il carico sia distribuito in modo

uniforme. Quello che si fa è caricare per gradini successivi la piastra, misurando i cedimenti

corrispondenti ad ogni gradino di carico. Gli spostamenti sono registrati da un comparatore che è

fissato ad una barra di sostegno, la quale poggia dove il terreno non si deforma in modo da non

muoversi, misurando colo lo spostamento del terreno in seguito al carico. In alternativa si può fare

la prova caricando il terreno ad una determinata velocità di deformazione (2,5 mm/min.) sino alla

rottura. La prova si esegue con dei parametri standard: all’inizio viene applicato il carico

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preliminare di 20 kN/m (0,2 Kg/m ) nei quali si considera anche il peso dell’attrezzatura. In

seguito a questo carico si registrano i cedimenti relativi. Poi si applica il primo gradino di carico di

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50 kN/m . I successivi gradini di carico, o di scarico, dipendono dall’opera per la quale si esegue

la prova. Se è una pavimentazione i gradini sono: 50,100,1