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LL’’INTERPRETAZIONE DELLE INDAGINI IN SITOINTERPRETAZIONE DELLE INDAGINI IN SITO

Criteri e riferimenti per le interpretazione delle indagini

alla luce delle NTC 2008

Geol. Ing. Massimo Pietrantoni

I CONTENUTI DELLA RELAZIONE GEOLOGICA E DELLA RELAZIONE GEOTECNICA ALLA LUCE DELLA NORMATIVA VIGENTE

ROMA 29 novembre 2012

INDICE DEL CORSO

1. PREMESSE

2. LE PROVE SPT

3. LE PROVE CPT

4. LE PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE

CONTINUE

5. PROVE SCISSOMETRICHE, PRESSIOMETRICHE E

DILATOMETRICHE

6. LE PROVE SU PIASTRA

7. LE PROVE DI PERMEABILITA’



Premesse

In questo corso verranno sinteticamente richiamati i metodi di interpretazione delle indagini in sito più

frequentemente utilizzate in campo progettuale.

Non saranno illustrate le modalità esecutive, ma solo

i criteri di interpretazione e di rappresentazione dei risultati, richiamando alcune delle principali

correlazioni di letteratura, con specifico rifermento alle diverse problematiche progettuali.

Si rimanda ai testi specifici per maggiori dettagli



Premesse

Le indagini in sito sono uno strumento per la stima

“indiretta” dei parametri geotecnici dei terreni.

Esse vanno sempre associate alle indagini

“geologiche”, sondaggi a carotaggio o qualsiasi altro mezzo che consenta di definire direttamente le caratteristiche litologiche del sottosuolo.

E’ buona norma quindi utilizzare le indagini in sito come strumento complementare ai sondaggi e alle

prove di laboratorio, anche se in determinate situazioni le indagini in sito sono da considerare

indispensabili per la caratterizzazione geotecnica.



Premesse

Vanno distinte:

- le prove che forniscono valori da utilizzare con opportune correlazioni empiriche per la stima dei parametri geotecnici;

- le prove che forniscono (tramite relazioni insite nella stessa elaborazione dell’esecutore della prova) alcuni parametri del terreno.

Fanno parte del primo gruppo le prove SPT e CPT; del secondo gruppo le prove pressiometriche, scissometriche, dilatometriche.

In questo corso si forniranno maggiori informazioni sui criteri di interpretazione dei risultati del primo gruppo di indagini, in quanto i risultati del secondo gruppo sono forniti direttamente già elaborati.



PROVE SPT

Normalizzazione del valore NSPT per le procedure esecutive

La correzione tiene conto dei differenti dispositivi di infissione utilizzati e delle procedure esecutive. Il valore di NSPT, corretto

secondo la formula proposta da Skempton, assume il valore

N60 = CER CB CS CR NSPT

in cui

N60 = valore corretto per le procedure esecutiveCER = fattore di correzione per il rapporto di energia

CB = fattore di correzione per il diametro del foro

CS = fattore di correzione per il tipo di campionatore

CR = fattore di correzione per la lunghezza della funeNSPT = valore misurato

I valori dei fattori di correzione proposti da Skempton sono

elencati nella tabella seguente.



PROVE SPT



PROVE SPT

voN

1C

σ=

=voσ

Correzione del valore di NSPT per le tensioni litostaticheViene utilizzata la seguente correzione proposta in letteratura

(Nl)60 = CN N60

in cui

(Nl)60 = valore corretto per le tensioni litostatiche e per le

procedure esecutive

N60 = valore corretto per le procedure esecutive

CN = fattore di correzione per la tensione litostaticaIl valore del fattore CN proposto da Liao e Whitman è

in cui

tensione verticale efficace in kg/cm2



PROVE SPT

Correlazioni per la stima della densità relativa DrCorrelazione, riportata in “Manual on estimating soil properties”

(Cornell University, 1990) elaborata dai metodi di Skempton e di Liao & Whitman, valida per sabbie NC

( )

50

60

log2560 D

NDr

l

+= D50 = diametro dei granuli passanti al 50% in mm.

Correlazione proposta da Meyerhof7.0

21+

=vo

SPTNDr

σ

Correlazioni per la stima dell’angolo di attritoCorrelazione proposta nel Road Bridge Specification

1515 +⋅= SPTNϕ



PROVE SPT

Correlazioni per la stima del modulo di deformabilità“Manual on estimating soil properties” (Cornell University, 1990)

E = 10 · N60 valida per “clean NC sands”

E = 15 · N60 valida per “clean OC sands”(E = modulo di deformabilità in kg/cm2)

D’Appolonia et al. (1970)

E = 0.756 NSPT + 18.75 (MPa) per sabbia e ghiaia NC

E = 1.043 NSPT + 36.79 (MPa) per sabbia OC

Schultze & Menzenbach (1961)E = 0.517 NSPT + 7.46 in MPa

Pasqualini (Politecnico di Torino,1983)

Da correlazioni tra SPT e pressiometriche (Tornagli, Franke,

Ghionna-Lancellotta-Maniscalco, Albert-Hegg-Manassero.

con B = 7MPaSPTNBE =



PROVE SPT

Esistono anche correlazioni valide per terreni argillosi

Coesione non drenata

cu = α · NSPT

con α coefficiente che varia a seconda degli autori (tra 3.8 e 12.5, in kPa)

Modulo edometrico

M = β · NSPT

con β che varia tra 500 e 600, in kPa)



PROVE SPT

CONSIDERAZIONILe correlazioni vanno applicate con molta cautela tenendo conto

dei seguenti aspetti:

1) Le prove SPT sono prove rudimentali e affette da errori, difetti

esecutivi e anomalie difficilmente verificabili.

2) Le correlazioni sono state sperimentate su prove eseguite con la punta aperta (campionatore Raymond)

3) Verificare anomalie dovute a particolarità litologiche (es.

trovanti) o inconvenienti (pulizia fondo foro).

4) Le prove SPT sono adatte per terreni sabbiosi.

5) I valori ricavati dalle correlazioni andrebbero sempre confrontati con i campi di valori usuali per quel tipo di terreno.

ESEMPIO: un valore di NSPT=60 su sabbia fornirebbe un valore di angolo di attrito di 45°, irrealistico per un terreno sabbioso.

In generale: non superare valori di ϕ=35-38° per sabbie e 38-40°

per ghiaie



PROVE SPT

ULTERIORI CONSIDERAZIONINella pratica progettuale è consigliabile seguire alcuni indirizzi:

1) Tenere conto dell’affidabilità delle prove e delle correlazioni

utilizzate, con particolare cautela per le prove in terreni coesivi.

2) Non applicare in maniera automatica le correlazioni, ma

stabilire dei valori limite dei parametri da non superare tenendo conto delle caratteristiche granulometriche e delle condizioni

geologiche del deposito.

3) Fare riferimento a valori approssimati e con poche cifre

significative (evitare decimali).4) Evitare di utilizzare le correlazioni che forniscono direttamente

dei valori progettuali (“portanza”, cedimenti, ecc..) a meno che

non siano disponibili numerosi dati e sia concordata con il

progettista l’applicazione di specifiche relazioni (ad es. metodo di

Reese & O’Neill per i pali). Maggiore affidabilità per i pali battuti



PROVE CPT



PROVE CPT

INTERPRETAZIONE DELLE PROVEIl primo passo è quello della stima delle caratteristiche

granulometriche

Metodo di BegemannSi considera il rapporto tra Rp e Rl

Metodo di SchmertmannConfronto tra Rp e il

rapporto delle resistenze Fr

Fr%=100 Rl/Rp



PROVE CPT

Metodo di ROBERTSON



PROVE CPT

Stima dei parametri geotecnici

Per terreni coesivi

Coesione non drenata

cu = (Rp - σvo) / Nkt

Modulo edometricoKulhawy e Mayne (1990)

M = 8.25·(Rp - σvo)Mitchell e Gardner

M = α·RpCon α variabile tra 0.7 e 5 in funzione del tipo di terreno



PROVE CPT

Stima dei parametri geotecnici Per terreni granulari

(BALDI ET AL., 1986)(ROBERTSON & CAMPANELLA, 1983) (BALDI ET AL., 1989)



PROVE CPT

CONSIDERAZIONI1) Le prove CPT sono meno condizionate da criticità legate alle

modalità esecutive (a parte la corretta taratura degli strumenti).

2) Rispetto alle prove SPT è possibile avere profili continui, con la possibilità di effettuare correlazioni stratigrafiche tra prove

contigue (ma solo come interpolazione tra sondaggi carotati).

3) Le correlazioni trovano una diffusa applicazione nei terreni

coesivi e vanno utilizzate, possibilmente, con prove di taratura in

sito (confronto con prove di laboratorio).4) Anche per le prove CPT esistono correlazioni che forniscono

direttamente alcuni parametri per il calcolo delle fondazioni. Le

relazioni per il calcolo dei pali sono ritenuti affidabili (ad es. le

relazioni di Bustamante e Giasenelli) se disponibili in quantità

significative.



PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE



1. Risalire da NDP a NSPT e utilizzare le correlazioni SPT

2. Ricavare la resistenza dinamica e correlarla con la resistenza

statica equivalente

3. Correlare direttamente i valori di NDP con quelli di Rp e

utilizzare le correlazioni CPT

Sono diffusi numerosi tipi di penetrometri dinamici continui che si

differenziano per massa e altezza del maglio, punta, aste, ecc..

La maggiore difficoltà di applicazione deriva proprio dalla difficile

standardizzazione delle attrezzature.Il comitato ISSMFE ha proceduto a classificare i vari penetrometri

(DPL, DPM, DPS, DPSH).

Una ulteriore limitazione è data dalla difficoltà di separare l’attrito

lungo le aste durante l’avanzamento.

Interpretazione dei risultati

Esistono tre principali metodi di interpretazione:

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE



In ogni caso l’utilizzazione dei risultati necessita di un doppio

passaggio interpretativo, con conseguente riduzione

dell’affidabilità delle correlazioni.

In genere la procedura più consigliata è quella di valutare la

resistenza equivalente, attraverso la “formula olandese”ricavando la resistenza alla penetrazione (in kPa, MPa…)

Questo è il metodo più usato all’estero ed è il più logico perché

consente di prescindere dalle caratteristiche delle attrezzature.

Si consiglia una applicazione molto cautelativa delle correlazioni per la stima dei parametri geotecnici.

Tuttavia, in alcune condizioni (scarsa accessibilità) questi

penetrometri trovano una buona applicazione, soprattutto se

utilizzati per valutazioni di tipo qualitativo o per la sola

individuazione di strati soffici o di un substrato.

PROVE IN FORO DI SONDAGGIO

PROVE SCISSOMETRICHESi tratta di prove particolarmente adatte per la determinazione

della resistenza a taglio non drenata (Su) dei materiali coesivi.L’affidabilità della stima di questo parametro è in genere elevata,

ma si consiglia sempre una taratura specifica con prove di

laboratorio.

I limiti di applicazione sono:

-Le caratteristiche granulometriche (solo in terreni coesivi)-Il grado di consistenza (possibilità di infissione delle palette)

-Profondità di prova limitata (rigidezza torsionale delle aste)

Bjerrum ha proposto un coefficiente di correzione µ funzione dell’indice di plasticità IP per ottenere la Su in situ a partire dalla Su misurata.

Un ulteriore parametro stimabile è la “sensitività” intesa come

rapporto tra resistenza massima e residua.




PROVE DILATOMETRICHELe prove dilatometriche misurano la deformazione del terreno

attarverso una membrana infissa nel terreno: dalle prove si

ricava il modulo “dilatometrico” ED, l’indice delle tensioni

orizzontali KD e un indice di materiale ID che fornisce informazioni sulla granulometria del terreno.

Tramite specifiche relazioni vengono ricavati i valori del modulo

confinato (edometrico) e la resistenza a taglio non drenata.

Un parametro importante per determinati problemi (gallerie,

opere in sotterraneo) è il coefficiente di spinta a riposo K0, che viene stimato dalla prova dilatometrica attraverso relazioni con

l’indice KD.

Minori affidabilità hanno le correlazioni per la stima dell’angolo di

attrito.




PROVE DILATOMETRICHE




PROVE PRESSIOMETRICHESi tratta di una prova molto diffusa in Francia (e paesi francofoni)

dove viene utilizzata come mezzo di indagine indispensabile per

la progettazione geotecnica. Le Norme francesi fanno infatti riferimento specifico ai risultati di queste prove non solo per la

valutazione di alcuni parametri geotecnici, ma per lo stesso

dimensionamento dei pali di fondazione.

In Italia vengono utilizzate in particolare per la valutazione del

modulo di deformabilità di materiali litoidi o semi-litoidi (tufi, piroclastiti) e in genere in terreni poco campionabili.

La prova viene elaborata a partire dalla misura di:

P0: pressione corrispondente alla fine del tratto iniziale di

ricompressione del terreno disturbato dalla perforazione;

PF: pressione di “fluage” corrispondente alla fine del tratto a comportamento elastico




PROVE PRESSIOMETRICHESi determina la pressione limite Plim: corrisponde alla pressione

alla quale la deformazione diventa infinita. Viene definita

convenzionalmente come la pressione che corrisponde al

volume limite, pari a due volte il volume iniziale della cavità. In terreni poco deformabili il volume limite può non essere

raggiunto per cui la Plim viene stimata tramite estrapolazioni della

curva P-V.

Dalla prova viene calcolato il modulo pressiometrico e da questo, con opportune relazioni, il modulo di Young.

Si possono poi ricavare i valori di coesione non drenata per le

argille e l’angolo di attrito per le sabbie.




PROVE PRESSIOMETRICHE



PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra circolare La prova consente di determinare il modulo di deformazione di

volumi di terreni più significativi rispetto alle prove di laboratorio e

in una condizione indisturbata (in sito). Le prove su piastra più

diffuse di diametro 30 cm, sono comunque rappresentative di spessori modesti (non superiori a un metro).

Vengono utilizzate in particolare per la definizione del modulo di

sottofondo. Nella progettazione stradale sono utilizzate per la

determinazione delle bonifiche del piano di appoggio dei rilevati e

per la verifiche del grado di compattazione dei rilevati e dellasovrastruttura stradale.

I Capitolati ANAS fissano valori specifici del modulo ottenuto con

la prova su piastra.



PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra circolare Ø30 cmTra le prove più utilizzata, quella delle Norme Svizzere SN 670317° e la CNR B.U. n. 146.

Si eseguono due cicli di carico intervallati da un ciclo di scarico.

Le prove su piastra circolare di vario diametroLa prova ASTM D.1196, specifica per le pavimentazioni, utilizza

piastre di diametro da 152 a 762 mm. La prova ASTM D.1195 per

pavimentazioni con carichi ripetuti differisce dalla precedente solo nelle modalità esecutive e nella restituzione dei dati.

La Norma ASTM D.1194 per fondazioni può essere utilizzata

anche per la stima del carico limite del terreno. Vengono utilizzate

tre piastre con diametri compresi tra 305 e 762 mm.

Il valore del modulo di deformazione (che può essere diverso per i

differenti step di carico o scarico) si ricava direttamente dalla pendenza della curva carico-cedimento



PROVE SU PIASTRA

Le prove su piastra



PROVE SU PIASTRA IN ROCCIA

Le prove su piastra circolare Ø50-80 cmVengono utilizzate su roccia in progetti di particolare importanza, dove è necessaria una stima affidabile del modulo di

deformabilità degli ammassi rocciosi (difficilmente stimabile con

prove di laboratorio).

Vengono realizzate

all’interno di cunicoli

utilizzando le due pareti

contrapposte per garantire il

contrasto sufficiente ai martinetti che devono

trasferire tensioni di carico

nella roccia molto elevati



( )

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

+⋅−⋅−+⋅−⋅+

+−

+⋅

∂

+⋅=

5.0225.022

5.022

2

5.022

2

12121

Azazaz

z

Az

zqE νν

ν

dove:

q: tensione applicata (MPa)

ν: coefficiente di Poisson

δ: spostamento misuratoZ: profondità sotto la superficie

di carico (m)

A: raggio esterno della piastra

A: raggio interno della piastra




PROVE DI PERMEABILITA’

Le prove di permeabilità sono richieste quando è

necessaria la valutazione delle caratteristiche di permeabilità dei terreni o degli ammassi rocciosi, e cioè

quando il dimensionamento delle opere in progetto èfortemente influenzato da questo parametro.

Questo avviene in particolare per le dighe, per le opere in sotterraneo sotto falda, negli scavi profondi e negli

interventi di drenaggio.

Vengono utilizzate in genere due tipi di prove di assorbimento d’acqua in foro:

1) Le prove “Lefranc” (assorbimento per gravità)2) Le prove “Lugeon” (assorbimento in pressione)




Le prove “Lefranc”Sono effettuate in fori di sondaggio in due differenti modalità: a carico costante ed a carico variabile.Prove a carico variabile (terreni molto permeabili).- prova in risalita: tramite emungimento.- prova in abbassamento: immissione di acqua.Prove a carico costante (terreni poco permeabili).



K = Q / CH (carico variabile)K = AdH / C dt Hm (carico costante)C : fattore di forma


Le prove “Lugeon”Sono utilizzate in genere negli ammassi rocciosi e nei progetti in cui si prevedono carichi idraulici molto elevati (dighe).

Interpretazione delle proveIl primo passo è quello di determinare il meccanismo di

assorbimento (flusso laminare, turbolento, per dilatazione,

dilavamento o riempimento delle fessure) esaminando

l’andamento degli assorbimenti in corrispondenza dei singoli gradini. Si può fare riferimento al metodo di Houlsby con gli

schemi seguenti. In funzione del tipo di assorbimento si sceglie il

valore di UL caratteristico.




PROVE LUGEONLe prove Lugeon forniscono le caratteristiche di permeabilità in

termini di Unità Lugeon, definita come l’assorbimento di 1 litro al

minuto sotto una pressione di 1 MPa per 1 metro lineare di camera di prova.

Le unità UL sono utilizzate direttamente nel campo della

progettazione delle dighe: i valori UL sono presi come riferimento

per gli interventi di impermeabilizzazione.

1 Unità Lugeon ≈ 0.6 * 10-7 m/s

Il passaggio al coefficiente di permeabilità K (m/s) è ammissibile

solo in condizioni di regime lineare



FINE DEL CORSO



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