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Lezione 6
GEOTECNICA
Docente: Ing. Giusy Mitaritonna
e-mail: [email protected]
- Lezione 6 –
A.
Indagine Geotecnica: considerazioni generali
B.
Indagini in sito: Perforazioni di sondaggio e prelievo di campioni
indisturbati
C.
Indagini in sito: Prove Penetrometiche Dinamiche
D.
Indagini in sito: Prove Penetrometiche Statiche
E.
Indagini in sito: Misura delle pressioni interstiziali
F.
Prove di laboratorio
G.
Determinazione sperimentale della resistenza a taglio dei
terreni
H.
La scatola di taglio diretto
I.
La cella triassiale
J.
La resistenza non drenata delle argille in termini di tensioni
totali
K.
Cenni sulla resistenza a taglio delle sabbie
6.A
Indagine Geotecnica:
considerazioni generali
GENERALITA’
La necessità di effettuare delle indagini nel sottosuolo deriva
dall’evidenza che il comportamento di qualsiasi opera di Ingegneria
civile è influenzato dalle caratteristiche dei terreni sottostanti e/o
circostanti.
La loro finalità è, quindi, quella di rendere possibili, a costi
ragionevoli, la realizzazione di tali opere riducendo quanto più
possibile le incertezze ed i rischi connessi a una limitata conoscenza
delle caratteristiche dei terreni.
“… qualsiasi indagine deve essere programmata e
realizzata allo scopo di rispondere ad un quesito
tecnico ben preciso: se non ci fosse il quesito, non
dovrebbe esserci l’indagine ….”
(Dunnicliff, 1995)
NORMATIVA DI RIFERIMENTO
D.M. 14-01-2008 : “Nuove norme tecniche per le costruzioni”
Testo normativo che raccoglie in forma unitaria le norme che disciplinano la
progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle costruzioni al fine di garantire,
per stabiliti livelli di sicurezza, la pubblica incolumità
Un complesso di raccomandazioni più specifiche , anche senza alcun carattere
di legge, sono le “Raccomandazioni sulla Programmazione ed esecuzione
delle indagini Geotecniche”, pubblicate dall’Associazione
Italiana di
Geotecnica (AGI, 1977).
6.2.1 CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE
GEOLOGICA DEL SITO
La caratterizzazione e la modellazione geologica del sito consiste nella ricostruzione
dei caratteri litologici, stratigrafici, strutturali, idrogeologici, geomorfologici e, più in
generale, di pericolosità geologica del territorio.
In funzione del tipo di opera o di intervento e della complessità del contesto
geologico, specifiche indagini saranno finalizzate alla documentata ricostruzione del
modello geologico.
Esso deve essere sviluppato in modo da costituire utile elemento di riferimento per il
progettista per inquadrare i problemi geotecnici e per definire il programma delle
indagini geotecniche.
Metodi e risultati delle indagini devono essere esaurientemente esposti e commentati
in una relazione geologica.
6.2.2 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E
MODELLAZIONE GEOTECNICA
Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera
e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo di cui al § 3.2.2, e
devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla
progettazione.
I valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai terreni
devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio su campioni
indisturbati di terreno e attraverso l’interpretazione dei risultati di prove e misure in
sito.
Per valore caratteristico di un parametro geotecnico deve intendersi una stima
ragionata e cautelativa del valore del parametro nello stato limite considerato.
Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle condizioni
stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisicomeccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo, finalizzato
all’analisi quantitativa di uno specifico problema geotecnico.
6.2.2 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E
MODELLAZIONE GEOTECNICA
È responsabilità del progettista la definizione del piano delle
indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica.
Omissis…
Nel caso di costruzioni o di interventi di modesta rilevanza, che ricadano in zone
ben conosciute dal punto di vista geotecnico, la progettazione può essere basata
sull’esperienza e sulle conoscenze disponibili, ferma restando la piena
responsabilità del progettista su ipotesi e scelte progettuali.
PROGRAMMARE UNA CAMPAGNA DI
INDAGINI
La programmazione delle indagini di sito e di laboratorio è una
operazione delicata e importante che deve essere affidata a “Tecnici
Competenti” i quali, prima di tutto, devono acquisire tutte le
informazioni generali disponibili sul sito in esame e devono avere ben
presente:
• le caratteristiche e i requisiti dell’opera
• i parametri meccanici di interesse
• gli strumenti di indagine da utilizzare
FINALITA’ DI UNA CAMPAGNA DI INDAGINI
GEOTECNICHE
1) Natura e successione stratigrafica dei terreni costituenti il
sottosuolo (profilo stratigrafico)
2) Regime
interstiziali)
delle
acque
sotterranee
(distribuzione
pressioni
3) Proprietà dei terreni
3.1) fisiche (composizione granulometrica, parametri di stato, ecc)
3.2) meccaniche (compressibilità, resistenza al taglio)
3.3) idrauliche (permeabilità)
in modo che queste indagini siano la base per la costruzione di un
modello geotecnico del problema da studiare. Modello sul quale poi il
progettista compie le proprie valutazioni e scelte.
VOLUME SIGNIFICATIVO
DM. 14.01.08
Per volume significativo di terreno si intende la parte di sottosuolo influenzata,
direttamente o indirettamente, dalla costruzione del manufatto e che influenza il
manufatto stesso.
Volume in cui le variazioni dello stato tensionale
indotte dall’opera producono conseguenze non
trascurabili.
L’estensione di tale volume dipende:
• dal tipo e dalle dimensioni dell’opera
• dai carichi applicati
• dalle caratteritiche dei terreni coinvolti
quindi non è noto a priori!!!!
nella ipotesi di terreno omogeneo
DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI
La densità o la frequenza delle indagini dipende:
• dal tipo e dalle dimensioni dell’opera
• dalle caratteritiche dei terreni coinvolti
…consapevoli che il terreno comunque indagato è una percentuale
ridotta del volume significativo….i valori rappresentativi delle
proprietà dei materiali dedotte dalle indagini dovreanno essere il
risultato di un’attenta considerazione di tutti i fattori in gioco.
DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI
DENSITA’ O FREQUENZA DELLE INDAGINI
2003
2008
C
135.1
+
2006
+
173.9
+
180
antico fronte
di cava
lc
I
old
Ospedale
iln
k
a
A
+
214
ex Fornace ILCA
HOSPITAL
0
2007
m 100
INDAGINI DI SITO verso PROVE DI LABORATORIO
VANTAGGI DELLE PROVE DI LABORATORIO
•
•
Condizioni di drenaggio e al contorno perfettamente note e
controllabili
Possibilità di applicare qualsiasi stato tensionale corrispondente ai
principali problemi al finito
VANTAGGI DELLE INDAGINI DI SITO
•
•
•
•
Interessano volumi di terreno maggiori rispetto ai provini
Andamento continuo delle caratteristiche geotecniche con la
profondità
Possibilità di caratterizzare i terreni a grana grossa (spesso non
campionabili)
In generale sono più rapide e meno costose delle prove di
laboratorio
INDAGINI DI SITO verso PROVE DI LABORATORIO
ATTENZIONE………
Le indagini in sito e le prove di laboratorio devono
considerarsi come due procedimenti complementari
che se opportunamente utilizzate in parallelo
consentono di ridurre le incertezze nella comprensione
del comportamento meccanico del terreno
GLI STRUMENTI
Le metodologie e le attrezzature delle quali si dispone per le indagini
geotecniche sono numerose e varie.
¾ Per il riconoscimento dei terreni e per definire la costituzione del sottosuolo
e la natura dei terreni in esso presenti:
• scavi accessibili
• perforazioni di sondaggio
¾ Per la determinazione delle caratteristiche fisico meccaniche dei terreni:
• prelievo di campioni in sito e sperimentazione di laboratorio
• prove in sito (SPT e CPT)
¾ Per la determinazione delle condizioni idrauliche
• installazione di piezometri
• prove in sito e di laboratorio per la definizione della permeabilità
GLI STRUMENTI
AGI, 1977
6.B
Indagini in sito:
Perforazioni di sondaggio e prelievo di
campioni indisturbati
PERFORAZIONI DI SONDAGGIO
• Ricostruire il profilo stratigrafico
• Prelevare campioni rappresentativi
riconoscimento di terreni
(disturbati/rimaneggiati)
per
• Prelevare campioni indisturbati per l’esecuzione di prove di laboratorio
• Installare in profondità strumenti
• Eseguire prove in sito
• Rilievi sulle acque sotterranee
il
PERFORAZIONI DI SONDAGGIO
Le perforazioni possono essere eseguite a:
• rotazione
• percussione
• vibrazione
• combinazione di più tipi di meccanismi
Le perforazioni a rotazione sono le più comuni.
PERFORAZIONI A PERCUSSIONE
• L’utensile di perforazione è una sonda a valvola o curetta di diametri
compresi fra 100 e 600 mm.
• La manovra consiste nel far scendere in caduta libera la curetta, il terreno
penetra nella sonda attraverso la valvola a scarpa sul fondo e viene trattenuto
dalla stessa valvola durante il sollevamento. Quando la sonda si è riempita
essa viene portata in superficie e svuotata.
• La perforazione a percussione è adottata solo nei terreni a grana grossa.
PERFORAZIONI A ROTAZIONE
• L’utensile di perforazione è un tubo di acciaio (carotiere), di diametro fra 75
e 150 mm, con una corona inferiore tagliente.
• La manovra consiste nel procedere con la perforazione fino a riempire di
terreno il carotiere e riportarlo quindi in superficie.
• Il metodo consente il prelievo continuo di “carote”, adattando la tecnica di
perforazione alla natura del terreno. È possibile attraversare terreni di qualsiasi
tipo fino a notevoli profondità.
CAROTIERE SEMPLICE
Applica alla carota un momento torcente per attrito sulla sua superficie interna (rottura
per torsione).
Si può usare con successo in terreni coesivi poco consistenti.
CAROTIERE DOPPIO
Il tubo interno è dotato di un tagliente (scarpa) sporgente rispetto alla corona dentata.
Si può usare con successo in terreni consistenti.
Il doppio carotiere è costituito da
due tubi concentrici dei quali è
messo in rotazione solo quello
esterno.
Ma mano che il carotiere avanza il
tubo interno riceve il campione di
terreno evitando che esso venga in
contatto con la parte ruotante
dell’utensile
e
proteggendolo
dall’azione dilavante del fluido.
PRELIEVO DA FORI DI SONDAGGIO
Le carote estratte con i normali utensili di perforazione sono rimaneggiati e
vengono conservati ordinatamente in cassette catalogatrici.
….
PROFILO STRATIGRAFICO
Da un analisi visiva del materiale posto nelle cassette catalogatrici si
ricostruisce il profilo stratigrafico. La ricostruzione è tipicamente fatta da un
Geologo .
PROFILO STRATIGRAFICO
Da un analisi visiva del materiale posto nelle cassette catalogatrici si
ricostruisce il profilo stratigrafico. La ricostruzione è normalmente fatta da un
Geologo.
PERFORAZIONI A DISTRUZIONE
• Perforazioni nelle quali non interessa il prelievo di campioni.
• Perforazioni destinate all’installazione di strumenti.
• Gli utensili utilizzati scavano l’intera sezione del foro disgregando il terreno
che viene portato in superficie dal fluido di perforazione.
•Con questo tipo di tecnica si possono attraversare terreni di qualsiasi tipo fino
a notevoli profondità.
CAMPIONAMENTO
I campioni di terreno che si prelevano hai fini geotecnici sono classificati in
base al grado di disturbo, cioè in base al tipo di informazioni geotecniche che
da essi si possono ricavare.
• Campioni indisturbati: campioni di terreno che conservano la struttura, il
contenuto d’acqua propri del terreno nella sua sede naturale. Si utilizzano per
la determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche. Il loro prelievo
richiede utensili particolari (campionatori) di caratteristiche tecniche diverse
a seconda della natura del terreno.
• Campioni disturbati o rimaneggiati: campioni che non conservano la
struttura e il contenuto d’acqua propri del terreno nella sua sede naturale. Sono
utili ai fini della ricostruzione della stratigrafia, della determinazione delle
proprietà indice. Possono essere prelevati senza ricorrere a particolari
attrezzature.
QUALITÀ DEI CAMPIONI
I campioni di terreno che si prelevano hai fini geotecnici sono classificati in
base al grado di disturbo, cioè in base al tipo di informazioni geotecniche che
da essi si possono ricavare.
Caratteristiche
Geotecniche
determinabili
Natura del terreno
Compisizione
granulometrica
Grado di Qualità
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Contenuto d’acqua
Peso dell’unità di volume
Caratteristiche
meccaniche
*
Campioni disturbati o
rimaneggiati
AGI, 1977
Disturbo limitato
Indisturbati
Prelievo di campioni indisturbati
cm
0
5
~
Campionamento con campionatore
Campionamento da scavi
accessibili
CAMPIONI INDISTURBATI
Campionamento con campionatore (Q4-Q5)
Campionatore a parete
sottile con valvola a sfera
(tipo Shelby)
Viene infisso a pressione ed è
utilizzato in terreni a grana
fine da poco a mediamente
consistenti.
CAMPIONI INDISTURBATI
Campionamento con campionatore (Q4-Q5)
Campionatore a rotazione a
doppia parete (tipo Mazier)
Si impiega in terreni coesivi
di elevata consistenza nei
quali
non
è
possibile
l’infissione di campionatori a
pressione.
CAMPIONI INDISTURBATI
Campionamento da scavi accessibili (Q4-Q5)
Campionamento con cilindri
campionatori
Campionamento a blocchi