CAMPIONATORE IDRAULICO A PISTONE FISSO VICENZETTO

CAMPIONATORE
IDRAULICO A PISTONE FISSO
VICENZETTO
1.
GENERALITA'
Il campionatore Vicenzetto è un campionatore idraulico a pistone fisso.
I campionatori a pistone fisso sono noti ed usati da molto tempo. Il primo esempio di tale tipo di
campionatore venne sviluppato nel 1923 dall'ingegnere geotecnico svedese John Olson anche se il più
usato ed apprezzato è quello di J. O. Osterberg, presentato nel 1952.
I vantaggi di tali tipi di campionatore sono ben noti, ma purtroppo quasi tutti i campionatori idraulici a
pistone fisso sono di uso poco agevole e presentano alcune limitazioni tecniche come, ad esempio, l'
impossibilità di ruotare il campione per creare il piano di distacco prima dell'estrazione dal foro, o
l'impossibilità di far affluire aria in testa al campione, all'atto dello smontaggio della fustella, in modo da
eliminare il vuoto creato dal pistone.
X° Congresso ECSMFE – Firenze 1991
2
2.
MODELLI
Il campionatore Vicenzetto è stato sviluppato in tre modelli con caratteristiche costruttive uguali, ma con
possibilità di prelevare campioni di dimensioni diverse.
1) CAMPIONATORE VICENZETTO mod.S
E’ stato presentato alla 7^ ECSMFE (European Conference on Soil Mechanics and Foundation
Engineering) di BRIGTON nel 1979 dopo una serie di sperimentazioni e ricerche eseguite in collaborazione
con: CENTRO GEOTECNICO VENETO, ENEL, ITALGEO, STUDIO GEOTECNICO ITALIANO.
Viene correntemente usato da tutte le unità operative della Vicenzetto per il prelievo di campioni
indisturbati di diametro convenzionale 80 mm e 100 mm e lunghezza 60 cm.
Fig 1. Estrusione campione di diametro 100 prelevato
con il campionatore Mod.S
Fig 2. Particolare del campione prelevato
3
2) CAMPIONATORE VICENZETTO mod.L
Costruito nel 1990, consente il prelievo di campioni di diametro 100 mm e lunghezza 1,5 metri.
Con questo modello sono stati prelevari numerosi campioni nelle centrali ENEL di Porto Corsini (Ravenna
) e di Fusina (Venezia), e in siti vari della laguna di Venezia per conto del Consorzio Venezia Nuova fino
alla profondità di 80 m.
Fig. 3.
Campionatore mod. L
utilizzato durante la
campagna di indagini nella
Centrale ENEL di Porto
Corsini (RA)
Fig 4. Estrusione campione di diametro 100 prelevato con il
campionatore Mod.L nella Centrale ENEL di Porto Corsini
Fig 5. Particolare del campione prelevato
4
Fig 6. Campionatore Mod.L utilizzato per la
definizione dei terreni nell’ Isola delle Tresse
(VE)
Fig 7. Particolare del campione prelevato
Fig 8. Estrusione del campione indisturbato di lunghezza 1.5 m
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3) CAMPIONATORE VICENZETTO mod.G.
Costruito nel 1994, consente il prelievo di campioni di diametro 212 mm e lunghezza 70 cm.
Questo modello è stato utilizzato nelle indagini per il progetto della chiusura della “Bocca di porto di
Malamocco” (VE), fino alla profondità di 70 m. E’ stato inoltre usato presso l’aeroporto di Fiumicino per la
riqualificazione della pista n° 3, nella centrale Enel di Garigliano e per l’ Università di Padova.
Sperimentazione del campionatore mod.
G nel campo prove di Villa Estense
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Prelievo di campioni a grande diametro durante
le indagini per il progetto Bocche di
Malamocco(VE)
7
3.
PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEL CAMPIONATORE VICENZETTO
L'avanzamento della fustella porta campione avviene, come negli altri campionatori idraulici, immettendo
acqua in pressione sul pistone mobile. Le caratteristiche costruttive lo differenziano, però, dagli altri
campionatori in alcuni importanti dettagli, di seguito descritti.
Nella fig.1 sono sintetizzate le fasi di campionamento:
a) Il campionatore viene calato sul fondo del foro in posizione "chiusa", e,in caso di piccolo rifluimento o
decantazione, spinto alla quota alla quale era arrivata precedentemente la perforazione. Per le sue
caratteristiche costruttive, i detriti non possono entrare nell'intercapedine tra fustella e campionatore
come negli altri campionatori.
b) L'acqua in pressione, arrivando attraverso le aste, entra dalla testa (1) e incomincia a spingere il pistone
mobile (2) che a sua volta infigge la fustella (7) per mezzo delle aste di guida (3).
L'acqua contenuta all'interno del cilindro (4) e al di sotto del pistone mobile (2) defluisce attraverso lo
sfiato (8).
La conclusione dell'operazione di infissione della fustella è segnalata dalla repentina caduta di
pressione al manometro della pompa in quanto il pistone (2), arrivato a fine corsa, scopre il foro (4a) e
l'acqua, che fino a quel punto aveva agito sul pistone, si scarica dallo sfiato stesso.
c) Terminato l'avanzamento della fustella, il campionatore VICENZETTO grazie alla sua tecnologia
costruttiva consente, ruotando le aste di perforazione, di far ruotare la testa (1), il cilindro del pistone
mobile (4), le aste (3) e perciò anche la fustella (7) provocando il "taglio" alla base del campione, dal
terreno in sito.
Una volta estratto il campionatore dal foro, per smontare agevolmente la fustella porta campione, sarà
sufficiente (dopo aver tolto le viti a brugola) svitare il grano (6a) per permettere all'aria di raggiungere la
testa del campione; in questo modo si evita, a differenza di altri campionatori a pistone fisso, l'effetto di
trazione che altrimenti si verificherebbe allo stacco del campione dalla base del pistone fisso.
8
LEGENDA
1
Testa di raccordo
2
Pistone mobile
3
Aste guida pistone
4
Cilindro pistone mobile
4a
Sfiato fine corsa
5
Pistone fisso
6
Asta pistone fisso
6a/6b
Sfiato testa campione
7
Fustella
8
Sfiato-attacco per ritiro pistone mobile
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4.
PRINCIPALI VANTAGGI OFFERTI DAL CAMPIONATORE VICENZETTO
•
E' un campionatore progettato e costruito per un uso di routine in cantiere ed in qualsiasi condizione di
impiego: acqua salata, discariche ecc.
•
Per particolari problemi o studi può essere usato in continuo e per una perfetta ricostruzione
stratigrafica di dettaglio si può estrudere il campione direttamente in cantiere.
•
In versione standard il massimo ingombro è di 101.6 mm e quindi può essere usato entro tubi di
rivestimento provvisorio di 127 mm.
•
Possono essere impiegate fustelle di qualsiasi diametrosostituendo il tampone del pistone fisso e
quello porta fustella.
•
La spinta di campionamento è massima in quanto si agisce su tutta la superficie del pistone mobile (A
= 65 cm2 ). Con una normale pompa da 3 MPa si ottiene una spinta di circa 2 t. Il campionatore viene
comunque usato normalmente con pompe fino a 10 MPa per ottenere una maggiore velocità di
infissione della fustella. Il limite meccanico del sistema è dato dalla deformabilità della fustella.
•
Permette di "tagliare" il campione alla base, cosa necessaria in alcuni terreni per minimizzare il
disturbo nella parte bassa del campione in fase di prelievo.
•
Permette di eliminare l'effetto di trazione che si verificherebbe allo stacco della parte alta del campione
dal pistone fisso.
•
Le aste di guida impediscono la rotazione della fustella, in fase di infissione, minimizzando il disturbo
sulla circonferenza del campione. Permette di controllare e misurare la velocità di infissione della
fustella in fase di prelievo.
•
Può essere strumentato per il controllo e la misura della pressione di infissione reale della fustella e
della sua velocità di infissione in fase di prelievo.
10
5. CAMPIONAMENTO STRUMENTATO
Il campionatore VICENZETTO può venire strumentato con una serie di sensori per rilevare la velocità di
avanzamento della fustella porta campione, e contemporaneamente, lo sforzo esercitato sulla superficie
del pistone mobile.
Nella figura 2 vengono riportati i grafici relativi a uno dei campioni prelevati nel corso dei sondaggi eseguiti
a Sermide (MN) per lo studio dei terreni di fondazione della allora costruenda centrale ENEL.
11
0
9
21
* 1.6 - 1.7
36
45
* 1.5 - 1.7
28
27
* 2.5 - 3.1
35
* 1.3 - 1.5
PRESSIONE (Bar)
42
14
AVANZAMENTO (cm)
* 2.3 - 2.6
18
54
63
7
0
0
1
2
3
4
5
6
7
TEMPO (sec)
LIMO E ARGILLA ORGANICA
w
= 44
w
wL = 93
Ip = 56
0
10
= 76
w
= 141
L
Ip = 78
20
30
40
50
60
cm
Esempio di prelievo con campionatore VICENZETTO strumentato per la misura della pressione di infissione
misurata sulla superficie del pistone mobile e della velocità di infissione. Sperimentazione eseguita nei terreni di
fondazione della centrale ENEL di Sermide (MN)
* Valori di Pocket Penetrometer in Kg/cm2
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6.
CARATTERISTICHE DELLE FUSTELLE
Vengono usate fustelle in acciaio inox AISI 304 trafilato. Le caratteristiche sono di seguito riportate.
FUSTELLA PER CAMPIONI DA 80 mm
lunghezza totale
lunghezza campione
diametro esterno
spessore
coefficiente di parete
coefficiente di spoglia interna
coefficiente di spoglia esterna
angolo di taglio della scarpa
680
600
88.9
2.00
9.6%
0
0
11°
mm
mm
mm
mm
lunghezza totale
lunghezza campione
diametro esterno
spessore
coefficiente di parete
coefficiente di spoglia interna
coefficiente di spoglia esterna
angolo di taglio della scarpa
680
600
101.6
3.00
12.9%
0
0
11°
mm
mm
mm
mm
FUSTELLA PER CAMPIONI DA 220 mm
lunghezza totale
lunghezza campione
diametro esterno
spessore
coefficiente di parete
coefficiente di spoglia interna
coefficiente di spoglia esterna
angolo di taglio della scarpa
840
675
219.08
3.76
7.2%
0
0
11°
mm
mm
mm
mm
FUSTELLA PER CAMPIONI DA 100 mm
13
1580 mm (mod. L)
1500 mm (mod. L)