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εr=0
Prova edometrica
Interpretazione delle prove in laboratorio
Condizioni al contorno controllate dallo sperimentatore
⇓
Tensioni e deformazioni ( → parametri) imposte o misurabili
εa
εv/∆u
σa
εv
σr
Prova triassiale
σv
Problema dell’interpretazione delle prove in sito
Prova meccanica in sito
Condizioni al contorno non controllate dallo sperimentatore
⇓
Tensioni e deformazioni ( → parametri) = ?
Occorre quindi:
· Assumere la conoscenza dello stato tensionale in sito (tensioni geostatiche)· Minimizzare il disturbo prodotto dallo strumento· Introdurre un modello meccanico per l’analisi dei risultati
Attrezzatura:
- paletta (vane), composta da 4 rettangoli di lamiera d’acciaio con sezione a croce -sistema di aste metalliche alla cui estremità è saldato il vane- dispositivo per applicare rotazione a velocità costante, con misuratore di coppia
Lo scissometro o ‘Vane’
Prova scissometrica o Vane Test (VT)
Dimensioni tipiche:diametro D = 45 ÷100 mmaltezza H = 2Dspessore s = 0.8 ÷ 3 mm
Limitazioni esecutive:solo in terreni a grana fine poco consistenti
Prove in sito
5
Installazione:
da foro: infissione a pressione fino a 50 cm oltre il fondo foro di sondaggio
Vane borer (autoperforante): infissione continua dal p.c., all’interno di una batteria di tubi
Vane Test: modalità di installazione
Prove in sito
6
1. Esecuzione di una prova penetrometrica statica (CPT) o meglio di un sondaggio a carotaggio o a distruzione … nella figura un CPT con rivestimento….fino ad unaprofondità prossima a quella di esecuzione del VT; il rivestimento deve essere infisso dopo la penetrazione di ogni asta.
2. Estrazione solo di aste e punta penetrometrica,poi inserimento del vane con le sue aste.
3. Infissione del vane al dal fondo foroper raggiungere terreno indisturbato.
4. Fissaggio del cuscinetto reggispintae del manicotto di centraggiotra aste di prolunga e rivestimento.
5. Serraggio del vitone per bloccarele aste di prolungaal manicotto di supporto.
6. Applicazione della chiave torsiometrica.
7. Esecuzione della prova.
Vane Test: fasi di messa in opera
min/610/1 °=°=α s&
Esecuzione prova:
1. Attesa 2 – 5 minuti dopo l’infissione
2. Applicazione rotazione continua α a velocità costante (6 – 12 °/min)
3. Misura della coppia torcente e registrazione della relazione Mt:α fino a rottura (� Mp)
4. Esecuzione di 10 giri completi (senza misura coppia)
5. Attesa 5 minuti e ripetizione della prova su terreno rimaneggiato (� Mr)
Vane Test: esecuzione della prova
≈25°
+π=π+π=
=θ⋅⋅+θ⋅⋅==+= ∫ ∫∫ ∫ππ
62342
2 ...2
23
2
0
2
00
2
0
DHDc
RcHRc
rddrrcRddhRcMMM
uuu
R
u
H
ublt
⇒= DH 2
Prove in sito
8
Vane Test: interpretazione
Modello: equilibrio limite alla rotazione del cilindro circoscritto alla paletta
Interpretazione (diretta):
)3(
62 HDD
Mc t
u+π
=37
6
D
Mc t
uπ
=
r
p
ru
pu
M
M
c
cS ≡=
,
,
( ) ( )misuratauprogettou cc ⋅= λ
Vane Test: optionals
• indice di sensitività al rimaneggiamento
• fattori di correzione (in base a confronti con prove dilaboratorio e esperienza locale)
p. es. Bjerrum (1973)
Vane Test: profili sperimentali
Il sottosuolo
del rilevato sperimentale
di Porto Tolle
Prova penetrometrica statica o Cone Penetration Test (CPT)
Attrezzatura
Punta conica (tip) standardizzatacon eventuale manicotto scorrevole (Friction Jacket)all’estremità di una batteria d’aste
Limitazioni esecutive
Richiede riperforo in terreni sabbio/ghiaiosi addensati/cementati
Infissione continua (autoperforante) dal piano campagna,
sfruttando ancoraggi a vite o il contrasto con il mezzo di trasporto
Spinta max 100 – 200 kN (10 -20 t)
Velocità avanzamento = 2 cm/s
Prova penetrometrica statica: installazione
Prove in sito
13
La punta del penetrometro meccanico
Angolo apertura punta = 60°
Dimensioni punta: diametro d ≈ 35 mm � sezione = 10 cm2
Dimensioni manicotto: l=135 mm � area = 150 cm2
Punta semplice
(olandese)
Punta con manicotto
(Begemann)
CPT meccanico: esecuzione
Con manicotto
I. posizione iniziale
II. penetrazione 10 cm di punta → misura Rp ⇒ qc =Rp/Ap = resistenza alla punta
III. avanzamento 10 cm aste → misura RL ⇒ rl =RL/Al = resistenza laterale totale (inutilizzata)
Con punta semplice
(I)
(II)(IIbis) (III)
II bis. avanzamento 10 cm punta+manicotto → misura RLL ⇒ fs =RLL/As = resistenza laterale locale
CPT elettrico
Avanzamento continuo di punta, manicotto, aste → misura contemporanea di qc e fs
trasduttori
Piezocono CPTU
E’ una variante con un trasduttore
per la misura della pressione neutra
tra punta e manicotto.
Richiede saturazione prima dell’uso.
Sabbia
Argilla
‘Crosta’ o lente sepolta
Argilla
Esempio di profili CPTU
Profili di resistenza alla punta, laterale e pressione neutraPenetrazione a 2 cm/s
Terreni Valori qc, fs Andamenti Sovrapressioni
Grana grossa elevati irregolari ∆u ≅ 0
Grana fine ridotti regolari ∆u ≠ 0
Prova CPT come indicatore stratigrafico
Regola generale:
c
0vcuuc0vc N
qccNq
σ−=⇒⋅+σ=
Modello
equilibrio limite del volume di rottura circostante la punta
Interpretazione per terreni a grana fine
Carico limite in condizioni non drenate (tensioni totali)
σv0 = tensione totale verticale alla profondità della punta
Nc = coefficiente compreso tra 10 e 30
(N.B. teoria dei pali → Nc = 9)
determinabile da confronto con prove TX-UU o VT
In genere:
Nc < 15 per terreni n.c.
Nc > 15 per terreni o.c.
Prova CPT come misura di resistenza
Modello
equilibrio limite del volume di rottura circostante la punta
Interpretazione per terreni a grana grossa
Carico limite in condizioni drenate (tensioni efficaci)
Prova CPT come misura di resistenza
( ) ''f'
qN'Nq
0v
cq0vqc ϕ⇒ϕ=
σ=⇒σ⋅=
σ’v0 = tensione efficace verticale alla profondità della punta
Nq = coefficiente funzione esponenziale di ϕ’
(NB: teorie molto variabili)
determinabile da confronto con prove di laboratorio
(se effettuabili!)
In genere si sfruttano correlazioni empiriche
per terreni comparabili
Resistenza terreni a grana grossa da prove CPT
Correlazione di Durgunoglu & Mitchell (1975)
qNlog38.0tan ⋅≅ϕ′
Prove in sito
22
Prova CPT: interpretazione indiretta
qc → densità relativa → angolo d’attrito (in terreni a grana grossa)
Può essere più accurata perché tiene conto dell’influenzaanche della granulometria (senza dimenticare che si tratta di correlazioni
empiriche…. )
1. Determinazione della densità relativa
(qc, σ’v → Dr)
2. Determinazione dell’angolo d’attrito
(Dr + granulometria → ϕ’ )
Regola quantitativa:
rapporto FR = qc/fs (friction ratio) = indicatore stratigrafico
Prova CPT come indicatore stratigrafico (2)
Terreni FR
Torbe, Argille organiche ≤15
Limi, Argille 15÷30
Limi sabbiosi, Sabbie limose 30÷60
Sabbie, Sabbie con ghiaia ≥60
Valori tipici di FR:Rf≅1/FR
ccc
u
0v
u
uc0v
s
c NcostanteN
kz
zN
cc
cN
f
qFR >≅
α+γ=
α+
⋅ασ=
⋅α⋅+σ==
• Per un terreno a grana fine omogeneo:
(α= coefficiente di adesione, in genere <1)
costantetank
N
tan
N
f
qFR
0
q
0h
0vq
s
c ≅ϕ′⋅β
=ϕ′σ′⋅β
σ′==
• Per un terreno a grana grossa omogeneo:
(funzione crescente di ϕ’)
Terreno β
Sabbia limosa 1.5
Sabbia mediamente densa 2
Sabbia densa 3
Sabbia e ghiaia 5
Modello: non c’è (il CPT è una misura di resistenza!)
1. Modulo di Young, E’ 2. Modulo di compressione edometrica, Eed
η =1.8 ÷ 2.6 (sabbie n.c.) → 6 ÷ 19 (sabbie o.c.)
α = 2.5 (sabbie fini) ÷ 5 (sabbie ghiaiose)
k = 1.2 ÷ 1.5
Prova CPT: interpretazione per rigidezze…..
Parametri di rigidezza (in terreni a grana grossa)
cqE ⋅β=′
c25 qE ⋅η=′
ced qE ⋅α=
EkEed ′⋅=
Prova penetrometrica dinamica o Standard Penetration Test (SPT)
Attrezzatura
Sonda standardizzata (“campionatore Raymond”) o punta conicainfissa a percussione
Energia di impatto standard (massa m = 63.5 kg; altezza caduta h = 76 cm)mediante caduta di massa battentesulla testa delle colonne delle aste
Altre versioni (diffidare delle imitazioni non standard!):
SCPT (Standard Cone Penetration Test): punta conica, avanzamento continuoDLPT (Dynamic Lightweight Penetration Test): punta conica, energia impatto ≃ 1/6
1. Aggancio e sollevamento del maglio
Installazione di una prova penetrometrica dinamica (S.P.T.)
H=76 cm
W=63.5 kg
2. Sgancio e caduta del maglio sulla cuffia
Infissione da fondo foro, con ritmo da 10 a 25 colpi/min
La sonda della prova penetrometrica dinamica
Campionatore Raymond Punta conica
(per ghiaie grosse)
diametro interno d = 35 mm
L = 355 mm
diametro d = 51 mm
angolo = 60°
Prove in sito
28
Prova penetrometrica dinamica: esecuzione
i+1. penetrazione 15 cm (superamento disturbo fondo foro) → conteggio N1 (inutilizzato)
i+2. penetrazione 15 cm → conteggio N2
i+3. penetrazione 15 cm → conteggio N3
⇓
numero di colpi
NSPT = N2 + N3
(< 100, altrimenti “rifiuto”)
Limitazioni esecutive
Poco attendibile per terreni ghiaiosiper interferenze tra sondae particelle grossolane……..
Esempi di profili SPT
terreno omogeneo
Prova SPT come misura di resistenza
Modello
equilibrio dinamico del sistemaaste + sonda + terreno
Interpretazione per terreni a grana grossa (de Mello, 1971)
Energia impatto = lavoro per vincere l’attrito + lavoro di deformazione elastica del sistema
τ = tensione tangenziale a rottura alla profondità di prova (= σ’h0 tan ϕ’ ∝ σ’v0 tan ϕ’ )
i = infissione (30 cm)
m, h, d, L = parametri geometrici (standard) dell’attrezzatura
e(z)= energia di deformazione di cuffia + aste + sonda = f(profondità)
( ) ( )ϕ′σ′=⇒+⋅τ⋅π=⋅ ,fNzeidL2mghN 0vSPTSPT ( )0vSPT,Nf σ′=ϕ′⇒
Correzione Nspt
(Skempton, 1986)
Hammers (masse battenti-diversi sistemi)
(Skempton, 1986)
Resistenza terreni a grana grossa da prove SPT
0
10
20
30
40
50
σ'v (kPa)N
SP
T
ϕ '=50° ϕ '=45°
ϕ '=40°
ϕ '=35°
ϕ '=30°
ϕ '=25°
50 100 150 200 250 3000
Abaco di de Mello (1971) Applicazione……..
Prove in sito
34
Determinazione sommaria della densità relativa (NSPT→ Dr)
Prova SPT: interpretazione indiretta
NSPT → densità relativa → angolo d’attrito (in terreni a grana grossa)
1. Determinazione della densità relativa
(NSPT, σ’v → Dr)
2. Determinazione dell’angolo d’attrito
(Dr + granulometria → ϕ’ )
NSPT
Densità relativa
Terzaghi & Peck (1948) Gibbs & Holtz (1957)
< 4 molto sciolta 0 - 15%4 ÷ 10 sciolta 15 – 35%10 ÷ 30 media 35 – 65%30 ÷ 50 densa 65 – 85%> 50 molto densa 85 – 100%
Prova penetrometrica dinamica vs. statica
Svantaggi SPT rispetto a CPT
• Profilo discontinuo
• Necessità fori sondaggio
• Sensibilità fattori sperimentali
• Scarsa significatività in terreni fini
Vantaggi SPT
• Riconoscimento del terreno
• Notevole esperienza cumulata
• Eseguibile in (quasi) tutti i terreni
• Maggiori profondità raggiungibili
1. Numero colpi → resistenza alla punta equivalente (NSPT, granulometria → qc)
Equivalenza tra prova penetrometrica dinamica e statica
(D50 = diametro della frazione passante al 50%)
Correlazioni analitiche suggerite …..
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