vulnerabilità sismica etc. responsabile scientifico...
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Misure piezometriche
Attrezzatura
Piezometri idraulici a tubo aperto misura della quota piezometrica h Celle piezometriche misura della pressione neutra u
Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie
Tubo piezometrico a tutta altezza
(per misure di u medie, in sottosuolo omogeneo)
Presa localizzata
(per misure locali di u, in sottosuolo stratificato)
Installazione di un piezometro a tubo aperto - I
1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell’intercapedine tra tubo e foro
2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione
Installazione di un piezometro a tubo aperto - II
Esecuzione di una lettura piezometrica
3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico
Freatimetro (sondina elettrica
con sensore acustico)
... o in foro di sondaggio
Piezometri idraulici per misure localizzate
Piezometro Bishop
(a circuito chiuso)
Piezometro a infissione
(GeoNor)
Piezometro Casagrande
Installazione di piezometro Casagrande
TA
PP
OF
ILT
RO
1,0
0
RIE
MP
IME
NT
O
0,5
0
Miscela secca di
sabbia cemento
e bentonite
1,3
0 m
529,00 m
0,3
00,5
0
TA
PP
O
1,0
01,3
0 m
0,5
00,3
00,5
0
1,0
0
RIE
MP
IME
NT
O
Bentonite in pellets
dmax = 1,5 cm
Bentonite in pellets
dmax = 1,5 cm e fluida
(sandwich)
Sabbia silicea
Sabbia silicea
FIL
TR
OT
AP
PO
Miscela secca di
sabbia cemento
e bentonite
Bentonite in pellets
dmax = 1,5 cm e fluida
(sandwich)
Presa con filtro poroso
Batteria di tubi ( 1.25 cm)
giunti esterni
Misure piezometriche Prove permeabilità
7
Piezometro Casagrande: preparazione tubi
1. nastro di teflon
3. silicone
4. nastro adesivo
2. giunto
Piezometro Casagrande: saturazione filtro
Fase da effettuare con tubi già collegati
alla presa filtrante!
Piezometro Casagrande: installazione in foro
1. Getto di sabbia a fondo foro
2. Posa in opera filtro e tubi
3. Bentonite in pellets per tappo impermeabile
Misure piezometriche Prove permeabilità
10
Celle piezometriche
piastra porosa
piastra porosa
trasduttore di pressione
Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto
La piastra porosa evita l’intasamento o l’occlusione per effetto dell’infiltrazione
di particelle solide
Esecuzione della misura piezometrica
I tempi di riequilibrio idraulico sono: - proporzionali al volume d’acqua in ingresso - inversamente proporzionali alla permeabilità
tempo, t
pro
fon
dità
, z/z
0
1
t95
0.05
arctan(-Fk/A)
Prontezza della misura piezometrica
Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico
‘Prontezza’ (t95)-1
tA
Fk
z
zlndt
A
Fk
z
dzdt
A
Fk
z
dzFkzq
z
z 0
t
00
diminuisce con la sezione del tubo A
aumenta con il coefficiente d’ingresso F
aumenta con la permeabilità del terreno k
Fk
A305.0ln
Fk
At95.0
e1z
z1
z
h
95
tA
Fk
00
risposta di Tempo
ioneequalizzaz di Rapporto
tA
Fk
0
ez
z
Equazione di continuità: dzAdhAdtq
Misure piezometriche Prove permeabilità
15
Scelta del tipo di strumento
Tipo D
(cm) Funzionamento Installazione
Permeabilità terreni k (cm/s)
Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggio elevata (> 10–4)
Casagrande 1÷1.5 presa localizzata, volumi ridotti
in foro sondaggio* media (10–6÷ 10–5) Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie
A circuito chiuso (Bishop)
1÷1.5 chiusura idraulica con manometro livelli idrici più elevati del p.c.
in foro sondaggio medio-bassa (10–8÷ 10–6)
Celle piezometriche
n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* bassa
(10–10÷ 10–9)
* anche infisso in terreni fini poco consistenti
Il tipo di strumento va selezionato
in relazione alle condizioni di sottosuolo
ed alla velocità del fenomeno da monitorare
k
w
wkk
Il coefficiente di permeabilità
Il coefficiente di permeabilità (o conducibilità idraulica k) non è un parametro ‘intrinseco’ del terreno
in quanto dipende anche dal fluido e dallo stato del terreno stesso.
In linea di principio k si potrebbe esprimere come:
= permeabilità assoluta, dipendente solo dal solido poroso
w, w= peso specifico e viscosità del fluido
I principali fattori che influenzano k sono quindi:
• per il fluido la temperatura (da cui dipendono w e w) • per il solido la granulometria (influenza dimensione e tortuosità degli interstizi)
L’ influenza della granulometria è riflessa dalla relazione empirica per sabbie uniformi:
(Hazen, 1911)
(k in cm/s, c=0.4 ÷ 1.2, D10 in mm)
che evidenzia la dipendenza di k soprattutto dalla dimensione dei granuli più fini!
2
10Dck
Hanno influenza su k anche: - la microstruttura (k decresce con l’attività mineralogica)
- la porosità (per un dato terreno)
Espressione di Kozeny - Carman
w
w
e
ek
1
3
2
( = funzione della microstruttura, = superficie specifica, e = indice dei vuoti)
In definitiva, k è influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui:
• è il parametro geotecnico con maggiore variabilità in natura (k = 10-10 ÷ 10 cm/s)
• va determinato sperimentalmente con apposite prove
In laboratorio
Misura del coefficiente di permeabilità
In sito
permeametro
edometro
pozzi
piezometri
Prove di permeabilità in sito
Esecuzione: - in fori di sondaggio condizionati come piezometri idraulici
- in pozzetti superficiali
- in pozzi con piezometri di controllo
Principio: ottenere il coefficiente di permeabilità (k)
dal confronto tra portate (emunte o immesse) e gradienti idraulici
Pro e contro
(contromisura: eseguire entrambi e mediare i risultati)
Emungimento solo sotto falda, rischio di erosione del terreno ( sovrastima di k)
Immissione anche fuori falda, graduale intasamento del filtro ( sottostima di k)
pozzi
piezometri
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si misura (p. es. con un contatore) la portata q
necessaria per mantenere costante il dislivello idraulico h
imposto da una pompa tra foro e terreno
Interpretazione
kFhq
Prove in foro a carico costante
Fh
qk
(F = coefficiente d’ingresso)
Misure piezometriche Prove permeabilità
21
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si registra nel tempo l’abbassamento/risalita z
del livello idrico nel foro,
prodotto da un sovralzo/depressione iniziale
tA
Fkzze
z
z tA
Fk
00
lnln
per cui k si può ottenere:
• dalla pendenza locale:
• dal coefficiente angolare della retta di regressione F
Ak tzln
Prove in foro a carico variabile
Interpretazione
12
21 )ln()ln(
tt
zz
F
Ak
0,00001
0,0001
0,001
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tempo, t (min)
co
eff
icie
nte
di p
erm
ea
bilit
à, k
(c
m/s
)
PS1 - ho = 0.55 m
PS2 - ho = 9 m
0,1
1
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tempo, t (min)
alt
ezze
, h
(m
)
PS1 - ho = 0.55 m
PS2 - ho = 9 m
Letture altezza acqua nel foro
(per diversi livelli iniziali)
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilità in foro
F
A
t
hk
ln
2
5.115.1ln
3
D
L
D
L
LF
L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo
Misure piezometriche Prove permeabilità
25
Letture livello acqua nel pozzetto (b130 cm)
per diversi livelli iniziali
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto
0,00001
0,0001
0,001
0 60 120 180
tempi (min)
co
effic
ien
te d
i p
erm
ea
bili
tà, k (
cm
/s)
PP1 - ho = 80cm
PP2 - ho = 115cm
PP3 - ho = 134cm
50
100
150
0 60 120 180tempo, t (min)
alt
ezza
, h
(c
m)
PP1 - ho = 80cm
PP2 - ho = 115cm
PP3 - ho = 134cm
b
h
b
h
t
hk
913
21
Prove da pozzo con piezometri di controllo
Pozzo in falda freatica
(confinata inferiormente)
21
22
12
hh
)rlog()rlog(Qk
Pro e contro:
costi elevati; tempi esecutivi lunghi per prove in regime stazionario
rappresentative di ampi volumi di sottosuolo; eseguibili anche in falde artesiane
richiedono un’attenta modellazione analitica del problema
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