Paniere completo (multiple e aperte) Progettazione di opere geotecniche

Lezione 91

Definizione di profilo geotecnico del sottosuolo

Cosa si intende per profilo geotecnico del sottosuolo? Una rappresentazione che integri le informazioni sulla stratigrafia disponibili lungo una verticale con i dati ottenuti dalle prove di laboratorio o dalle prove in sito circa le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali presenti nel sottosuolo.

Mezzi di indagine indiretti

• Tra i mezzi di indagine indiretti per la definizione della stratigrafia si hanno: le prove dilatometriche e anche le indagini geofisiche.
• Tra i mezzi di indagine per la misura delle pressioni interstiziali si hanno: i piezometri e le celle piezometriche.

Volume significativo in indagine geotecnica

Cosa si intende per volume significativo in una indagine geotecnica? È definito come il volume di terreno all'interno del quale le variazioni dello stato tensionale, della deformazione o della pressione interstiziale provocate dalla realizzazione dell'opera risultano significative.

Altri mezzi di indagine

• Tra i mezzi di indagine indiretti per la definizione della stratigrafia del terreno si hanno: le prove penetrometriche.
• Tra i mezzi di indagine diretti per la definizione della stratigrafia si hanno: Pozzi, cunicoli, sondaggi.
• Tra i mezzi di indagine per la definizione della stratigrafia si hanno: metodi diretti e metodi indiretti.

Lezione 108

Descrizione del carotiere

• Il carotiere doppio è costituito da due tubi coassiali.
• Il carotiere semplice è un tubo di acciaio munito alla estremità inferiore di una corona tagliente e di dispositivi di ritenuta.

Classificazione dei carotieri

A seconda delle loro caratteristiche di funzionamento, i carotieri impiegati nelle indagini geotecniche sono classificabili in: carotieri semplici e carotieri a doppia parete.

Perforazioni a carotaggio continuo

• Per le perforazioni a carotaggio continuo si utilizzano speciali strumenti detti: carotieri.
• Nelle perforazioni con carotaggio continuo: il terreno viene estratto dal foro sotto forma di carote cilindriche, che vengono accuratamente conservate in cassette catalogatrici ed utilizzate per il riconoscimento del profilo stratigrafico del sottosuolo.

Classificazione dei sondaggi

• I sondaggi con carotaggio continuo sono classificabili in: Sondaggi geognostici e sondaggi geotecnici.
• In relazione alle finalità previste si distinguono: perforazioni a distruzione e perforazioni con carotaggio continuo.

Descrizione degli scavi

• Le trincee sono scavi a sezione rettangolare, sviluppati lungo una direzione orizzontale prevalente: Le cui profondità vanno dai 2.0 m ad un massimo di circa 8.0 m.
• I pozzi sono perforazioni ad asse verticale: La cui profondità non si estende di solito a più di 10 m dal piano di campagna.
• Scavi per fini geognostici possono essere eseguiti con relativa facilità: In presenza di terreni coesivi consistenti, fortemente sovraconsolidati, e, per profondità limitate, in terreni non coesivi asciutti o parzialmente saturi.

Metodi di perforazione

• Le perforazioni a distruzione sono realizzate con strumenti particolari che disgregano completamente il terreno attraversato.
• Nei sondaggi a percussione: L'utensile di perforazione viene fatto avanzare all'interno del terreno per mezzo dell'azione di una massa battente.

Perforazione di sondaggio

Con il termine perforazione di sondaggio si indica una perforazione a sezione circolare ed asse generalmente verticale: con una lunghezza che può raggiungere un massimo di circa 100 metri.

Tipologie di scavi e perforazioni di sondaggio

Le tipologie di scavi di origine geognostico sono classificabili in: pozzi, sono delle perforazioni con asse verticale e con una sezione circolare oppure rettangolare, hanno una dimensione minima di 1,50m per consentire al personale addetto di accedere allo stesso e con profondità non superiore ai 10m; cunicoli, perforazioni orizzontali o sub-orizzontali utili in casi in cui bisogna esplorare degli ammassi rocciosi o effettuare il tracciato di una galleria, hanno un diametro contenuto nei 2m ed un elevato costo; trincee, sono anch'essi scavi che si sviluppano in orizzontale ed a sezione rettangolare che vengono realizzati con escavatori e mezzi simili ed hanno larghezze comprese tra i 2m e profondità che si aggirano tra i 2m ed un massimo di 8m.

Lezione 112

Stabilizzazione del foro di sondaggio

Per stabilizzare le pareti ed il fondo del foro di sondaggio, si ricorre alla pressione esercitata sul contorno del foro dal fluido di perforazione.

Fango bentonitico

Il fango bentonitico viene efficacemente impiegato come fluido di perforazione per la stabilizzazione delle pareti del foro di sondaggio.

Classificazione dei campioni di terreno

Si richiedere di descrivere la classificazione dei campioni di terreno: I campioni di terreno vengono suddivisi in classi granulometriche, definite in base al diametro delle particelle solide che lo compongono. Queste classi sono cinque e sono: blocchi, con un diametro d > 200mm e definita frazione costituita da blocchi; ghiaia, con un diametro d compreso tra 2 e 200mm e definita frazione ghiaiosa; sabbia, con un diametro d compreso tra i 0,06 e 2mm e definita frazione sabbiosa; limo, con un diametro d compreso tra 0,002 e 0,06 e definita frazione limosa; argilla, con un diametro d inferiore a 0,002mm e definita frazione argillosa. La composizione granulometrica dei terreni va ad influenzare il comportamento meccanico e idraulico ed è determinata mediante il setacciamento (pratica effettuata mediante l’utilizzo di vaglio stacci) o dalla sedimentazione, che viene effettuata per la frazione fine, di campioni prelevati in sito.

Descrizione dei campionatori

Si richiede di descrivere i campionatori per prelievo di campioni da scavi geognostici: Possiamo avere diversi tipi di campionatori, quali:

• Campionatori a parete grossa infissi a percussione: infissi mediante un maglio battente sono formati da un cilindro di acciaio di grosso spessore, con un diametro tra i 35 e 50mm ed una lunghezza che varia tra i 350 e 500mm, vengono utilizzati per il prelievo di campioni di classe Q2/Q3 in terreni addensati o molto addensati e limo sabbiosi.
• Campionatori a parete sottile infissi a pressione: sono formati da un cilindro in acciaio inox ad alta resistenza con uno spessore molto ridotto, il diametro interno è di circa 60/150mm ed una lunghezza di 400/800 mm, consente di prelevare campioni di classe Q5 in terreni coesi, nella parte inferiore è dotato di un bordo tagliente, infine, lo stesso cilindro metallico fa da contenitore definitivo per conservare ed inviare i campioni in laboratorio.
• Campionatori a pistone; con un diametro interno che varia tra gli 80/150mm ed una lunghezza compresa tra i 600/1000mm, viene utilizzato per raccogliere campioni di classe Q5 di ottima qualità anche in terreni molto teneri.

Stabilizzazione nei sondaggi

Come avviene la stabilizzazione delle pareti e del fondo foro nei sondaggi? La stabilizzazione delle pareti e del fondo del foro è un aspetto comune a tutti i tipi di esecuzione del sondaggio. Se la perforazione è poco profonda, in terreni fini, sopra falda, il foro risulta stabile, altrimenti bisogna ricorrere alla sua stabilizzazione attraverso uno dei seguenti metodi:

• Infissione di una batteria di tubi di rivestimento, in cui la posa in opera del rivestimento non dovrebbe mai precedere la perforazione per evitare di disturbare il terreno da campionare.
• Stabilizzazione tramite fango, in cui si esegue lo scavo in presenza di un fluido costituito da una sospensione in acqua di betonite, argilla con elevatissima plasticità ed alla proprietà tixotropiche, Il fango tende a formare in quiete una pellicola impermeabile; la pressione sviluppata sulle pareti e sul fondo del foro è sufficiente a garantire la stabilità.

Lezione 122

Classi di campioni

• I campioni di classe Q2: possono essere utilmente impiegati per determinare tutte quelle caratteristiche fisiche del terreno che vengono misurate in laboratorio su campioni rimaneggiati.
• A causa della modalità di infissione e dello spessore rilevante della parete, i campionatori a parete grossa infissi a percussione: non consentono il prelievo di campioni indisturbati.
• I campioni di classe Q1 sono quelli che: risultano maggiormente disturbati, e non preservano alcuna caratteristica del terreno originario in posto (neanche la granulometria o la composizione mineralogica).
• I campioni di classe Q1: sono impiegabili al più per un riconoscimento di massima della stratigrafia.
• I campioni di classe Q3, anch'essi piuttosto disturbati dal processo di prelievo, hanno però il vantaggio rispetto ai campioni di classe Q2: Di conservare inalterati i rapporti tra i pesi delle varie fasi.

Sistema di classificazione AGI

L'Associazione Geotecnica Italiana (AGI) ha introdotto un sistema di classificazione quantitativo per la valutazione delle caratteristiche di disturbo dei vari tipi di campione: le cinque classi di qualità sono denominate con i simboli Q1–Q5, dove al numero più elevato corrisponde un grado di disturbo inferiore.

Campionatori e qualità dei campioni

• Utilizzando i campionatori a pistone è possibile ottenere: campioni di ottima qualità (Q5) anche in terreni molto teneri.
• I campionatori a parete sottile, infissi a pressione: si dimostrano adatti al prelievo di campioni di classe Q5 in terreni coesivi da mediamente teneri a mediamente consistenti.
• I campioni di classe Q2 sono: completamente rimaneggiati, ma preservano la composizione originaria del terreno e le sue caratteristiche granulometriche.
• I campionatori a parete grossa infissi a percussione: sono normalmente impiegati per il prelievo di campioni di classe Q2-Q3 in terreni limo-sabbiosi addensati o molto addensati.
• I campionatori consentono di ottenere: campioni indisturbati solo in terreni a grana fine.
• I campioni di classe Q5: possono essere impiegati per la caratterizzazione delle proprietà meccaniche ed idrauliche del terreno in sito.
• I campioni di classe Q5 sono gli unici che: possono essere definiti campioni indisturbati.
• Il prelievo di campioni può essere effettuato in corrispondenza di: scavi geognostici o perforazioni di sondaggio.
• Per prelevare campioni indisturbati, di classe Q5, è necessario impiegare degli strumenti particolari: definiti campionatori.
• I campioni di classe Q4: Conservano anche il grado di saturazione del terreno in posto.

Lezione 134

Condizioni di campionamento ideale

In condizioni di campionamento ideale, in assenza di altri effetti di disturbo, il prelievo di campioni indisturbati: è possibile nei terreni a grana fine mentre risulta impossibile nei terreni a grana grossa.

Cause di disturbo nei campioni

• Al disturbo dei campioni concorrono diversi fattori, tra cui: Alterazione dello stato tensionale.
• Al disturbo dei campioni concorrono diversi fattori, tra cui: Effetti della perforazione.
• Al disturbo dei campioni concorrono diversi fattori, tra cui: Effetti della infissione e della estrazione del campionatore.

Descrizione del disturbo indotto

Si richiede di descrivere il disturbo indotto dalle operazioni di campionamento e quali fattori lo provocano: Durante gli scavi e le perforazioni, nelle operazioni di campionamento, possono incorrere dei disturbi di vario genere che possono essere diversificati in:

• Effetti della perforazione, che si verifica quando l'utensile o la tubazione di rivestimento esercitano sul terreno al fondo del foro una spinta eccessiva che determina un incremento localizzato dello stato tensionale che genera uno stato di deformazione di tipo compressivo.
• Effetti dell'infissione e della estrazione del campionatore, durante questa fase si verificano delle sollecitazione di compressione e taglio e degli sforzi di attrito sulle pareti causate dal campionatore sul terreno.
• Alterazione dello stato tensionale, che si verifica quando il terreno viene spostato dal sito al laboratorio, questo perché si riduce a zero lo stato tensionale.

Lezione 144

Piezoconi e penetrometri

I piezoconi sono del tutto simili ai penetrometri ad azionamento elettrico: ma equipaggiati con un trasduttore di pressione interstiziale.

Prova CPT

In una prova CPT la resistenza laterale fs: è pari allo sforzo applicato al manicotto per unità di area della sua superficie laterale.

I risultati di una prova penetrometrica statica consistono nella misura, in funzione della profondità di penetrazione, della resistenza alla punta qc che è: pari allo sforzo applicato alla punta per unità di area della sua sezione retta.

Prove SPT

Nelle prove SPT come indicatore della resistenza alla penetrazione si assume il numero di colpi NSPT che è dato: Dalla somma di N2 ed N3 (essendo N1, N2 ed N3 i numeri di colpi necessari per tre successive infissioni di 15 cm).

Prove CPT in terreni coesivi

Riguardo alle potenzialità, le prove CPT in un terreno coesivo: Consentono la determinazione della resistenza (in termini di tensioni totali).

Le prove SPT e SCPT in un terreno coesivo: non consentono la determinazione dello stato di addensamento.

Prove penetrometriche

Le prove penetrometriche statiche consistono: nella misura della resistenza opposta alla penetrazione, alla velocità costante di 20 mm/s, di una punta conica di 35.7 mm di diametro ed angolo di apertura di 60 gradi.

Le prove penetrometriche dinamiche consistono: Nell'infissione nel terreno per battitura di una punta conica o di un campionatore Raymond a parete grossa.

Il principio ispiratore delle prove penetrometriche è basato sulla ipotesi che la resistenza alla penetrazione possa essere messa in relazione: alle caratteristiche meccaniche (resistenza al taglio, rigidezza) del terreno.

Descrizione della prova SPT

La prova SPT, acronimo di prova penetrometrica standard, consiste nel far penetrare nel terreno un campionatore (Raymond) sotto i colpi di un maglio con peso di 63,5 Kg e da un’altezza di 76cm. Il maglio, battendo a caduta libera sulle aste standard che prolungano il campionatore, infigge l’attrezzo nel terreno. Le misure vengono effettuate per tre avanzamenti consecutivi di 15 cm ciascuno, contando il numero di colpi necessari per ogni avanzamento. La resistenza alla penetrazione del terreno è caratterizzata dalla somma del numero di colpi per il secondo e terzo avanzamento, cioè N = N2 + N3.

Descrizione della prova CPT

La prova penetrometrica statica di tipo meccanico, consiste essenzialmente nella misura della resistenza alla penetrazione di una punta meccanica di dimensioni e caratteristiche standardizzate, infissa nel terreno a velocità costante di 2 cm/sec. Nelle prove con la punta meccanica Begemann, le grandezze Qc (resistenza di punta), Fs (attrito laterale) e Qt (resistenza totale) vengono misurate per mezzo di una cella di carico e visualizzate sul display della scheda elettronica e acquisite per mezzo di un sistema di acquisizione.

Apparecchiatura e modalità di prova penetrometrica dinamica

La prova SPT, acronimo di prova penetrometrica standard, viene effettuata durante i sondaggi a fondo foro. Il maglio non è montato su di un apposito penetrometro, ma la prova viene effettuata sfruttando direttamente la sonda con la quale si esegue il sondaggio. La prova viene effettuata tramite l’utilizzo di un maglio di 63 kg circa, si infigge a percussione una punta nel terreno contando il numero di colpi ogni 15 cm, fino a raggiungere al massimo un totale di 45 cm. Anche in questo caso, il rifiuto avviene se si superano i 50 colpi.

Apparecchiatura e modalità di prova penetrometrica statica

La prova penetrometrica CPT è effettuata utilizzando la punta Begemann che è costituita da due parti che si muovono indipendentemente: un manicotto esterno, ed un manicotto interno azionati da un’astina che si trova all’interno della punta. La punta viene avvitata ad una batteria di aste. Ogni asta ha al suo interno un’astina che si collega a quella presente nella punta, permettendone così il movimento. La prova si svolge infiggendo punta e aste nel terreno a velocità costante di 2 cm/s ed eseguendo ogni 20 cm una “lettura”. Ogni lettura è costituita da due valori: resistenza di punta e resistenza laterale. Materialmente, quando si spinge sulle astine, la punta si infigge nel terreno per 4 cm, a seguito dei quali si aziona anche il manicotto esterno, che anch’esso avanza congiuntamente alla punta per ulteriori 4 cm. Il primo valore esprime quanta forza è necessaria per spingere la punta nel terreno, la seconda invece è la somma tra il valore precedente e l’attrito laterale che si genera sulle pareti del manicotto durante il suo avanzamento. I valori vengono generalmente espressi in Kg/cm².

Dettagli numerici delle prove

N_SPT è la somma di: N_2 e N_3.