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Prove Penetrometriche Dinamiche

La macchina utilizzata per realizzare le prove penetrometriche dinamiche è la TP223/S della TECNOTEST.

Il penetrometro dinamico TP223/S è un penetrometro classificato in letteratura specialistica italiana come “tipo Emilia” vale a dire con maglio di 30 Kg e volata di 20 cm. Il maglio d’infissione scorre lungo una guida con stabile appoggio a terra. L’incastellatura, del peso complessivo di 30 Kg, è scomponibile in più parti, così da ridurre l’ingombro per il trasporto. La prova consiste nell’infliggere nel suolo una punta contando il numero di colpi necessari ad ottenere approfondimenti di lunghezza definita: poiché l’energia sviluppata nell’impatto è costante, il numero di colpi per ciascun tratto d’infissione è proporzionale alla resistenza offerta dal tipo di terreno attraversato.

Dall'analisi dei dati derivanti dalla realizzazione della Prova Penetrometrica Dinamica si ottengono i seguenti parametri geotecnici del terreno:

      Terreni granulari

Stratigrafia;Densità relativa;Peso di volume;Angolo di attrito interno;Modulo di deformazione drenato:Modulo di deformazione di Young;Modulo di deformazione di taglio;Velocità delle onde sismiche Vs.

      Terreni coesivi

Coesione;

Indice di consistenza;

Peso di volume;

Modulo di deformazione non drenato;

Modulo dinamico di taglio.

Principali attività
 
Carotaggi Continui, pozzi per acqua e piezometri
Prove Penetrometriche Dinamiche
Sismica a Rifrazione,down hole e cross hole
Geoelettrica
Misurazioni di Radon
Misurazioni Inquinamento Elettromagnetico
Prove di Emungimento in foro e prove di permeabilità

DPSH I

PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE CONTINUE

DPSH

1 NOTE ILLUSTRATIVE - DIVERSE TIPOLOGIE DI PENETROMETRI DINAMICI

La prova penetrometrica dinamica consiste nell’infiggere nel terreno una punta conica (per

tratti consecutivi d) misurando il numero di colpi N necessari.

Le Prove Penetrometriche Dinamiche sono molto diffuse ed utilizzate nel territorio da

geologi e geotecnici, data la loro semplicità esecutiva, economicità e rapidità di esecuzione.

La loro elaborazione, interpretazione e visualizzazione grafica consente di “catalogare e

parametrizzare” il suolo attraversato con un’immagine in continuo, che permette anche di avere un

raffronto sulle consistenze dei vari livelli attraversati e una correlazione diretta con sondaggi

geognostici per la caratterizzazione stratigrafica.

La sonda penetrometrica permette inoltre di riconoscere abbastanza precisamente lo spessore

delle coltri sul substrato, la quota di eventuali falde e superfici di rottura sui pendii, e la consistenza

in generale del terreno.

L’utilizzo dei dati, ricavati da correlazioni indirette e facendo riferimento a vari autori,

dovrà comunque essere trattato con le opportune cautele e, possibilmente, dopo esperienze

geologiche acquisite in zona1.

Elementi caratteristici del penetrometro dinamico sono i seguenti:

- peso massa battente M

- altezza libera caduta H

- punta conica: diametro base cono D, area base A (angolo di apertura a)

- avanzamento (penetrazione) d

- presenza o meno del rivestimento esterno (fanghi bentonitici).

1 Dato il tipo di indagine, anche la scelta sulla caratterizzazione della natura prevalente dei terreni investigati ( incoerente , coesiva,

coesiva /incoerente - terreno dotato di comportamento intermedio e non inquadrabile i maniera certa-), in genere viene fatta di

concerto con il professionista incaricato dal committente e/o con la D.L. nel rispetto delle competenze.

DPSH II

Con riferimento alla classificazione ISSMFE (1988) dei diversi tipi di penetrometri dinamici

(vedi tabella più sotto riportata) si rileva una prima suddivisione in quattro classi (in base al peso

M della massa battente):

- tipo LEGGERO (DPL)

- tipo MEDIO (DPM)

- tipo PESANTE (DPH)

- tipo SUPERPESANTE (DPSH)

Classificazione ISSMFE dei penetrometri dinamici:

Tipo Sigla di riferimento peso della massa

M (kg)

prof.max indagine

battente

Leggero DPL (Light) M £ 10 8m

Medio DPM (Medium) 10< M < 40 20-25 m

Pesante DPH (Heavy) 40£ M < 60 25 m

Super pesante (Super

Heavy)

DPSH M ³ 60 25 m

DPSH III

1.1 PENETROMETRI IN USO IN ITALIA

In Italia risultano attualmente in uso i seguenti tipi di penetrometri dinamici (non rientranti però

nello Standard ISSMFE):

- DINAMICO LEGGERO ITALIANO (DL-30) (MEDIO secondo la classifica ISSMFE)

massa battente M = 30 kg, altezza di caduta H = 0.20 m, avanzamento d = 10 cm, punta conica

( a= 60-90°), diametro D 35.7 mm, area base cono A = 10 cm2 rivestimento / fango bentonitico :

talora previsto

- DINAMICO LEGGERO ITALIANO (DL-20) (MEDIO secondo la classifica ISSMFE)

massa battente M = 20 kg, altezza di caduta H = 0.20 m, avanzamento d = 10 cm, punta conica

( a= 60-90°), diametro D 35.7 mm, area base cono A = 10 cm2 rivestimento / fango bentonitico :

talora previsto

- DINAMICO PESANTE ITALIANO (SUPERPESANTE secondo la classifica ISSMFE)

massa battente M = 73 kg, altezza di caduta H = 0.75 m, avanzamento d = 30 cm, punta conica (a

= 60°), diametro D = 50.8 mm, area base cono A = 20.27 cm2 rivestimento: previsto secondo

precise indicazioni

- DINAMICO SUPERPESANTE DPSH (Tipo EMILIA)

massa battente M = 63.5 kg, altezza caduta H = 0.75 m, avanzamento d = 20-30 cm, punta conica

conica (a = 90°) diametro D = 50.5 - 51,0 mm, area base cono A = 20,0 – 20,43 cm2, rivestimento

/ fango bentonitico : talora previsto.

DPSH IV

1.1.2 PENETROMETRO DINAMICO IN USO PER LA PRESENTE INDAGINE

TG 63-200 EML .C Pagani

CARATTERISTICHE TECNICHE

Rif. Norme DIN 4094

PESO MASSA BATTENTE : M 63,50 kg

ALTEZZA CADUTA LIBERA : H 0,75m

PESO SISTEMA BATTUTA : Ms 0,63 kg

DIAMETRO PUNTA CONICA: D 51,00 mm

AREA BASE PUNTA CONICA : A 20,43 cm2

ANGOLO APERTURA PUNTA: a 90°

LUNGHEZZA DELLE ASTE: La 1,00m

PESO ASTE PER METRO: Ma 6,31 kg

PROF. GIUNZIONE 1a ASTA: P1 0,40 m

AVANZAMENTO PUNTA : d 0,20 m

NUMERO DI COLPI PUNTA: N= N(20) Relativo ad un avanzamento di 20 cm

RIVESTIMENTO / FANGHI NO

ENERGIA SPECIFICA x COLPO Q = (MH) / (A d ) = 11,65565 kg/cm2 ( prova SPT: Qspt =

7.83 kg/cm2)

COEFF.TEORICO Dl ENERGIA bt = Q/Qspt = 1,489 (teoricamente: Nspt = b t N)

DPSH V

Correlazione con Nspt

Poiché la prova penetrometrica standard (SPT) rappresenta, ad oggi, uno dei mezzi più diffusi ed

economici per ricavare informazioni dal sottosuolo, la maggior parte delle correlazioni esistenti

riguardano i valori del numero di colpi Nspt ottenuto con la suddetta prova, pertanto si presenta la

necessità di rapportare il numero di colpi di una prova dinamica con Nspt. Il passaggio viene dato

da:

Nspt = bt N

Dove:

SPT

t Q

b = Q

in cui Q è l’energia specifica per colpo e Qspt è quella riferita alla prova SPT.

L’energia specifica per colpo viene calcolata come segue:

( ')

2

A M M

M H

Q

× × +

= ×

d

in cui

M = peso massa battente;

M’ = peso aste;

H = altezza di caduta;

A = area base punta conica;

d = passo di avanzamento.

Valutazione resistenza dinamica alla punta Rpd

Formula Olandesi

[ ( )] [A (M P)]

M H N

A e M P

M H

Rpd

× × +

= × ×

× × +

= ×

d

2 2

Rpd = resistenza dinamica punta (area A);

e = infissione media per colpo (d/ N);

M = peso massa battente (altezza caduta H);

P = peso totale aste e sistema battuta.

DPSH VI

2. METODOLOGIA DI ELABORAZIONE.

Le elaborazioni sono state effettuate mediante un programma di calcolo automatico

Dynamic Probing della GeoStru software s.a.s. (Lic. D’uso n°: 887 e 2352 - della GEOSERVICE)

.

Il programma calcola il rapporto delle energie trasmesse (coefficiente di correlazione con

SPT) tramite le elaborazioni proposte da Pasqualini 1983 - Meyerhof 1956 - Desai 1968 -

Borowczyk-Frankowsky 1981.

Permette inoltre di utilizzare i dati ottenuti dall’effettuazione di prove penetrometriche per

estrapolare utili informazioni geotecniche e geologiche. Una vasta esperienza acquisita, unitamente

ad una buona interpretazione e correlazione permettono spesso di ottenere dati utili alla

progettazione e frequentemente dati maggiormente attendibili di tanti dati bibliografici sulle

litologie e di dati geotecnici determinati sulle verticali litologiche da poche prove di laboratorio

eseguite come rappresentazione generale di una verticale eterogenea disuniforme e/o complessa.

In particolare ottenere informazioni su:

- l’andamento verticale e orizzontale degli intervalli stratigrafici,

- la caratterizzazione litologica delle unità stratigrafiche,

- i parametri geotecnici suggeriti da vari autori in funzione dei valori del numero dei colpi e delle

resistenza alla punta.

DPSH VII

3. VALUTAZIONI STATISTICHE E CORRELAZIONI

 

3.1 ELABORAZIONE STATISTICA

Permette l’elaborazione statistica dei dati numerici di Dynamic Probing, utilizzando nel

calcolo dei valori rappresentativi dello strato considerato un valore inferiore o maggiore della media

aritmetica dello strato (dato comunque maggiormente utilizzato); i valori possibili in immissione

sono :

Media

Media aritmetica dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Media minima

Valore statistico inferiore alla media aritmetica dei valori del numero di colpi sullo strato

considerato.

Massimo

Valore massimo dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Minimo

Valore minimo dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Scarto quadratico medio

Valore statistico di scarto dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Media deviata

Valore statistico di media deviata dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Media + s

Media + scarto (valore statistico) dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

Media - s

Media - scarto (valore statistico) dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

3.2 PRESSIONE AMMISSIBILE

Pressione ammissibile specifica sull’interstrato (con effetto di riduzione per svergolamento o

no) calcolata secondo le note elaborazioni proposte da Herminier, applicando un coefficiente di

sicurezza (generalmente = 20-22) che corrisponde ad un coefficiente standard delle fondazioni pari

a 4, con una geometria fondale standard di larghezza pari a 1 mt. ed immorsamento d = 1 mt..

DPSH VIII

3.3 CORRELAZIONI GEOTECNICHE TERRENI INCOERENTI

LIQUEFAZIONE

Permette di calcolare utilizzando dati Nspt il potenziale di liquefazione dei suoli

(prevalentemente sabbiosi).

Attraverso la relazione di SHI-MING (1982), applicabile a terreni sabbiosi, la liquefazione

risulta possibile solamente se Nspt dello strato considerato risulta inferiore a Nspt critico

calcolato con l'elaborazione di SHI-MING.

CORREZIONE NSPT IN PRESENZA DI FALDA

NsptCorretto = 15 + 0.5 x (Nspt - 15)

Nspt è il valore medio nello strato

La correzione viene applicata in presenza di falda solo se il numero di colpi è

maggiore di 15 (la correzione viene eseguita se tutto lo strato è in falda) .

ANGOLO DI ATTRITO - GRADI

• Peck-Hanson-Thornburn-Meyerhof 1956 - Correlazione valida per terreni non molli a prof.

< 5 mt.; correlazione valida per sabbie e ghiaie rappresenta valori medi. - Correlazione

storica molto usata, valevole per prof. < 5 mt. per terreni sopra falda e < 8 mt. per terreni in

falda (tensioni < 8-10 t/mq)

• Meyerhof 1956 - Correlazione utilizzata per terreni coesivi in genere, argillosi ed argillosimarnosi

fessurati, terreni di riporto sciolti, terreno vegetale, coltri detritiche e terreni

flyschoidi (da modifica sperimentale di dati).

• Sowers 1961)- Angolo di attrito in gradi valido per sabbie in genere (cond. ottimali per prof.

< 4 mt. sopra falda e < 7 mt. per terreni in falda) s>5 t/mq.

• De Mello - Correlazione valida per terreni prevalentemente sabbiosi e sabbioso-ghiaiosi (da

modifica sperimentale di dati) con angolo di attrito < 38° .

• Malcev 1964 - Angolo di attrito in gradi valido per sabbie in genere (cond. ottimali per

prof. > 2 mt. e per valori di angolo di attrito < 38° ).

• Schmertmann 1977- Angolo di attrito (gradi) per vari tipi litologici (valori massimi). N.B.

valori spesso troppo ottimistici poiché desunti da correlazioni indirette da Dr %.

• Shioi-Fukuni 1982 (ROAD BRIDGE SPECIFICATION) Angolo di attrito in gradi valido

per sabbie - sabbie fini o limose e limi siltosi(cond. ottimali per prof. di prova > 8 mt. sopra

falda e > 15 mt. per terreni in falda) s>15 t/mq.

DPSH IX

• Shioi-Fukuni 1982 (JAPANESE NATIONALE RAILWAY) Angolo di attrito valido

per sabbie medie e grossolane fino a ghiaiose .

• Angolo di attrito in gradi (Owasaki & Iwasaki) valido per sabbie - sabbie medie e

grossolane-ghiaiose (cond. ottimali per prof. > 8 mt. sopra falda e > 15 mt. per terreni in

falda) s>15 t/mq.

• Meyerhof 1965 - Correlazione valida per terreni per sabbie con % di limo < 5% a

profondità < 5 mt. e con % di limo > 5% a profondità < 3 mt.

• Mitchell e Katti (1965) - Correlazione valida per sabbie e ghiaie.

DENSITÀ RELATIVA %

• Gibbs & Holtz (1957) correlazione valida per qualunque pressione efficace, per ghiaie Dr

viene sovrastimato, per limi sottostimato.

• Skempton (1986) elaborazione valida per limi e sabbie e sabbie da fini a grossolane NC a

qualunque pressione efficace, per ghiaie il valore di Dr % viene sovrastimato, per limi

sottostimato.

• Meyerhof (1957).

• Schultze & Menzenbach (1961) metodo valido per qualunque valore di pressione efficace in

depositi NC, per sabbie fini e ghiaiose NC ; per ghiaie il valore di Dr % viene sovrastimato,

per limi sottostimato.

MODULO DI YOUNG E (Kg/cmq)

• Terzaghi - elaborazione valida per sabbia pulita e sabbia con ghiaia senza considerare la

pressione efficace.

• Schmertmann (1978), correlazione valida per vari tipi litologici .

• Schultze-Menzenbach , correlazione valida per vari tipi litologici.

• D'Appollonia ed altri (1970) , correlazione valida per sabbia, sabbia SC, sabbia NC e ghiaia

• Bowles (1982), correlazione valida per sabbia argillosa, sabbia limosa, limo sabbioso,

sabbia media, sabbia e ghiaia.

MODULO EDOMETRICO (Kg/cmq)

• Begemann (1974) elaborazione desunta da esperienze in Grecia, correlazione valida per

limo con sabbia, sabbia e ghiaia

• Buismann-Sanglerat , correlazione valida per sabbia e sabbia argillosa.

• Farrent (1963) valida per sabbie, talora anche per sabbie con ghiaia (da modifica

sperimentale di dati).

• Menzenbach e Malcev valida per sabbia fine, sabbia ghiaiosa e sabbia e ghiaia.

DPSH X

GRADO DI ADDENSAMENTO

• Classificazione A.G.I. 1977

PESO DI VOLUME GAMMA (t/mc)

• Meyerhof ed altri, valida per sabbie, ghiaie, limo, limo sabbioso.

PESO DI VOLUME SATURO (t/mc)

• Bowles 1982, Terzaghi-Peck 1948-1967 .Correlazione valida per peso specifico del

materiale pari a circa G=2,65 t/mc) e per peso di volume secco variabile da 1,33 (Nspt=0) a

1,99 (Nspt=95)

MODULO DI POISSON (MU)

• Classificazione A.G.I.

POTENZIALE DI LIQUEFAZIONE

Il programma calcola il potenziale di liquefazione con la procedura sviluppata da Seed e

Idriss (1971, 1982) come rapporto tra la resistenza ciclica CRR richiesta per indurre a

liquefazione un terreno incorente ad una certa profondità e la tensione ciclica CSR indotta

dal sisma alla stessa profondità da un assegnato sisma di progetto (definito dal picco

dell’accelerazione sismica al suolo per un’assegnata magnitudo)

           

 

 

  

                         

 

Dove:

( ) 

 

 

 

 

= +

 

             

 

 

 

 

 

      

con

 

         s + 0.7    ¬  ! "

 

 

  ¬      #           $  %  &  ¬   '(

 

 ¬$

 

%  ) & 

  %       $

 

 

s   ¬$       

                  

  &      

 

 &

&         %                    $$       

 

"

 

  

 

   $       & $$      *  ¬   $ 

 

$

 

  

             

$+    

  , 

 

  ( - )

+

 

 

    =    . #

/   -     .

s

s

 

 

con

s    ¬$      

                  

  &

   

             %                    $$       

 

 

#

/  

&&                 $

 

  

                # &

 

 

Valori del potenziale di liquefazione superiori ad 1.3 sono da ritenersi appropriati per la

sicurezza dal rischio per rotture a scorrimento con terremoti di grande magnitudo.

DPSH XI

VELOCITÀ ONDE DI TAGLIO Vs (m/sec)

• Ohta e Goto (1978); correlazione valida per terreni limosi, sabbie e sabbie e ghiaia.

MODULO DI DEFORMAZIONE DI TAGLIO G (kg/cmq)

• Ohsaki & Iwasaki - G (kg/cmq) elaborazione valida per sabbie con fine plastico e sabbie

pulite.

• Robertson e Campanella (1983) e Imai & Tonouchi (1982) elaborazione valida soprattutto

per sabbie e per tensioni litostatiche comprese tra 0,5 - 4,0 kg/cmq.

MODULO DI REAZIONE DEL SOTTOFONDO Ko (Kg/cmc)

• Navfac 1971-1982 - elaborazione valida per sabbie, ghiaie, limo, limo sabbioso .

RESISTENZA ALLA PUNTA DEL PENETROMETRO STATICO - QC (Kg/cmq)

• Robertson 1983 Qc (Kg/cmq).

3.4 CORRELAZIONI GEOTECNICHE TERRENI COESIVI

COESIONE NON DRENATA Cu (Kg/cmq)

• Benassi & Vannelli- correlazioni scaturite da esperienze ditta costruttrice Penetrometri

SUNDA 1983.

• Terzaghi-Peck (1948-1967), correlazione valida per argille sabbiose-siltose NC con Nspt

<8 , argille limose-siltose mediamente plastiche, argille marnose alterate-fessurate.

• Terzaghi-Peck (1948). Cu min-max.

• Sanglerat , da dati Penetr. Statico per terreni coesivi saturi , tale correlazione non è valida

per argille sensitive con sensitività > 5, per argille sovraconsolidate fessurate e per i limi a

bassa plasticità.

• Sanglerat , (per argille limose-sabbiose poco coerenti), valori validi per resistenze

penetrometriche < 10 colpi, per resistenze penetrometriche > 10 l'elaborazione valida è

comunque quella delle "argille plastiche " di Sanglerat.

• (U.S.D.M.S.M.) U.S. Design Manual Soil Mechanics Coesione non drenata per argille

limose e argille di bassa media ed alta plasticità , (Cu-Nspt-grado di plasticità).

DPSH XII

• Schmertmann 1975 Cu (Kg/cmq) (valori medi), valida per argille e limi argillosi con

Nc=20 e Qc/Nspt=2.

• Schmertmann 1975 Cu (Kg/cmq) (valori minimi), valida per argille NC .

• Fletcher 1965 - (Argilla di Chicago) . Coesione non drenata Cu (Kg/cmq), colonna valori

validi per argille a medio-bassa plasticità .

• Houston (1960) - argilla di media-alta plasticità.

• Shioi-Fukuni 1982 , valida per suoli poco coerenti e plastici, argilla di media-alta plasticità.

• Begemann.

• De Beer.

RESISTENZA ALLA PUNTA DEL PENETROMETRO STATICO - QC (Kg/cmq)

• Robertson 1983 Qc (Kg/cmq).

MODULO EDOMETRICO-CONFINATO Mo (Eed) (Kg/cmq)

• Stroud e Butler (1975) - Mo (Eed) (Kg/cmq)- per litotipi a media plasticità, valida per

litotipi argillosi a media-medio-alta plasticità - da esperienze su argille glaciali.

• Stroud e Butler (1975), per litotipi a medio-bassa plasticità (IP< 20), valida per litotipi

argillosi a medio-bassa plasticità (IP< 20) - da esperienze su argille glaciali .

• Vesic (1970) correlazione valida per argille molli (valori minimi e massimi).

• Trofimenkov (1974), Mitchell e Gardner Modulo Confinato -Mo (Eed) (Kg/cmq)-, valida

per litotipi argillosi e limosi-argillosi (rapporto Qc/Nspt=1.5-2.0).

• Buismann- Sanglerat, valida per argille compatte ( Nspt <30) medie e molli ( Nspt <4) e

argille sabbiose (Nspt=6-12).

MODULO DI YOUNG E (Kg/cmq)

• Schultze-Menzenbach - Ey (Kg/cmq) (Min. e Max.), correlazione valida per limi coerenti e

limi argillosi con I.P. >15

• D'Appollonia ed altri (1983) - E Young (Kg/cmq) correlazione valida per argille satureargille

fessurate.

DPSH XIII

STATO DI CONSISTENZA

• Classificazione A.G.I. 1977

PESO DI VOLUME GAMMA (t/mc)

• Meyerhof ed altri, valida per argille, argille sabbiose e limose prevalentemente coerenti.

PESO DI VOLUME SATURO (t/mc)-

• Correlazione Bowles (1982), Terzaghi-Peck (1948-1967), valida per condizioni specifiche:

peso specifico del materiale pari a circa G=2,70 (t/mc) e per indici dei vuoti variabili da

1,833 (Nspt=0) a 0,545 (Nspt=28)