Raccomandazioni AGI (1977):
Finalità Mezzi di indagine
Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)
Fori di sondaggio
Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche
Proprietà fisico‐meccaniche
Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε :σ
Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀
Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche
Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio‐deformativo:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa
Permeabilità Prove di emungimento Prove di immissione
Verifica impiego analisi e tecnologie
Prove di carico su piastre e pali Misure di pressioni neutre e permeabilità
(efficacia di drenaggi e impermeabilizzazioni) Misure di proprietà meccaniche
(efficacia di trattamento di miglioramento e rinforzo)
Le misure piezometriche in sitoMisure piezometricheProve permeabilità
1
Attrezzatura
Piezometri idraulici a tubo aperto misura della quota piezometrica hCelle piezometriche misura della pressione interstiziale u
Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie
Tubo piezometrico a tutta altezza
(per misure di umedie,in sottosuolo omogeneo)
Presa localizzata
(per misure locali di u,in sottosuolo stratificato)
Tecniche di misura piezometrica in sitoMisure piezometricheProve permeabilità
2
Installazione di un piezometro a tubo aperto - I
1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell’intercapedine tra tubo e foro
Misure piezometricheProve permeabilità
3
2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione
Installazione di un piezometro a tubo aperto - IIMisure piezometricheProve permeabilità
4
Misure piezometricheProve permeabilità
5Esecuzione 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
Piezometri a circuito chiusoPiezometro Casagrandeidraulico (Bishop) pneumatico
Misure piezometricheProve permeabilità
6
Misure piezometricheProve permeabilità
8
TAPP
OFI
LTR
O
1,00
RIE
MPI
MEN
TO
0,50
Miscela secca di sabbia cemento e bentonite
1,30
m
529,00 m
0,30
0,50
TAPP
O
1,00
1,30
m0,
500,
300,
501,
00
RIE
MPI
MEN
TO
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)
Sabbia silicea
Sabbia silicea
FILT
RO
TAPP
O
Miscela secca di sabbia cemento e bentonite
Bentonite in pelletsdmax = 1,5 cm e fluida (sandwich)
Presa con filtro poroso
Batteria di tubi ( 1.25 cm)
giunti esterni
Installazione di piezometro Casagrande
Misure piezometricheProve permeabilità
9
1. nastro di teflon
3. silicone
4. nastro adesivo2. giunto
Piezometro Casagrande: preparazione tubi
Misure piezometricheProve permeabilità
10
Fase da effettuare con tubi già collegati alla presa filtrante!
Piezometro Casagrande: saturazione filtro
Misure piezometricheProve permeabilità
11
1. Getto di sabbia a fondo foro
2. Posa in opera filtro e tubi
3. Bentonite in pelletsper tappo impermeabile
Piezometro Casagrande: installazione in foro
Misure piezometriche12
Celle piezometriche
piastra porosa
piastraporosa
trasduttoredi pressioneIl trasduttore consente
una lettura diretta della pressione interstiziale
nel terreno a contatto
La piastra porosa evital’intasamento o l’occlusioneper effetto dell’infiltrazione
di particelle solide
trasduttore a ‘corda vibrante’
Misure piezometricheProve permeabilità
13Celle piezometriche
piastra porosa
piastraporosa
trasduttoredi pressione
Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto
La piastra porosa evital’intasamento o l’occlusioneper effetto dell’infiltrazione
di particelle solide
Misure piezometricheProve permeabilità
14Celle piezometriche: messa in opera
1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro
Prontezza della misura piezometrica
I tempi di riequilibrio idraulico sono:‐ proporzionali al volume d’acqua in ingresso ‐ inversamente proporzionali alla permeabilità
tempo, t
prof
ondi
tà, z
/z0 1
t95
0.05
arctan(-Fk/A)
‘Prontezza’ (t95)‐1
F kdzdt
z A
diminuisce con la sezione del tubo A ;
aumenta con il coefficiente d’ingresso F;
aumenta con la permeabilità del terreno k
0
0 0 0
Rapporto di equalizzazione 1 1 F k
tAz zh z
ez z z
Equazione di continuità:
0
F kt
Aze
z
953
0.95 Tempo di risposta ln 0.05AA
tF k F k
q dt A dh A dz
0
lnF kz
tz A
q F k zdz
A F k zdt
0 0
z t
z
F kdzdt
z A
Misure piezometricheProve permeabilità
15
Presa piezometrica con coefficiente di ingresso F
Tipologia di filtri e coefficienti di ingressoMisure piezometricheProve permeabilità
16
Misure piezometricheProve permeabilità
17Scelta 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÷1.5presa localizzata, volumi ridotti
in foro sondaggio* media(10–6 ÷ 10–4)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 ÷ 10–8)
* 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
Misure piezometricheProve permeabilità
18
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
pozzo
piezometri
La misura della permeabilità in laboratorioMisure piezometricheProve permeabilità
19
Procedura generale di prova in permeametro di Darcy:1. Applicare un gradiente idraulico (I = h/l) ad un provino cilindrico di lunghezza l2. Misurare la velocità di flusso v (portata filtrante Q / area A)3. Applicare legge di Darcy per ottenere il coefficiente di permeabilità k
Q h
v k i kA l
In laboratorio il coefficiente di permeabilità è misurabile mediante:‐ Permeametri‐ Celle triassiali e edometriche (cfr. prove compressibilità)
lA
Q
h
Misure piezometricheProve permeabilità
20
Procedura adatta per terreni a grana grossa
Prove di permeabilità a carico costante
Carico idraulico hmisurato in sottili tubi
piezometriciPortata effluente
regolata dal dislivelloH tra i serbatoi di carico e scarico
Volumi Vmisurati
con burettagraduataa intervalli t regolari
Provino cilindricodi altezza l ed area A
(> 20cm2)
Q L
kA h
Relazione V : t
V
Qt
Portata media(misurata)
Elaborazione
Permeabilità
1 Immissione acqua deaerata2 Rubinetto3 Serbatoio di carico4 Serbatoio di scarico 5 Elemento filtrante6 Piastra forata7 Provino8 Tubi piezometrici 9 Scala graduata
10 Buretta graduata11 Cella
Misure piezometricheProve permeabilità
21
Abbassamento progressivo del livello idrico h nel
tubo (di sezione a)
gradiente idraulico
h variabile
hmisurata a intervalli di
tempo t regolari
Elaborazione
Permeabilità
1 2ln h ha l
kA t
Diagramma ln(h) : t
Prove di permeabilità a carico variabile
Procedura adatta per terreni a grana fine
Provino cilindrico di sezione A eventualmente sottoposto a sovraccarico
verticale
1 Immissione acqua deaerata2 Tubo piezometrico asportabile3 Raccordo a tre vie4 Guarnizioni di gomma 5 Elemento filtrante6 Supporto provino7 Provino8 Piastra di carico 9 Sistema di applicazione carichi verticali
10 Contenitore con sfioro
Raccomandazioni AGI (1977):
Finalità Mezzi di indagine
Profilo stratigraficoDiretti Scavi accessibili (pozzi, trincee, cunicoli)
Fori di sondaggio
Indiretti Prove geofisiche Prove penetrometriche statiche
Proprietà fisico‐meccaniche
Grandezze misurateTipo prova σh0 σ:ε :σ
Scissometriche FPenetrometriche statiche ☂ ☀Penetrometriche dinamiche ☂ GPressiometriche ☀ ☀ ☁Dilatometriche ☀ ☂ ☁Geofisiche ☀
Misura pressione neutra Piezometri idraulici Celle piezometriche
Legendaσh0 = tensioni orizzontaliσ:ε = legame tensio‐deformativo:σ = resistenza al taglio☀ = impiego ottimale☁ = limitazioni esecutive☂ = interpretazione empiricaF = solo terreni a grana fineG = solo terreni a grana grossa
Permeabilità Prove di emungimento Prove di immissione
Verifica impiego analisi e tecnologie
Prove di carico su piastre e pali Misure di pressioni neutre e permeabilità
(efficacia di drenaggi e impermeabilizzazioni) Misure di proprietà meccaniche
(efficacia di trattamento di miglioramento e rinforzo)
Misure piezometricheProve permeabilità
22Le misure di permeabilità in sito
Misure piezometricheProve permeabilità
23Tecniche di misura 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)
pozzo
piezometri
Misure piezometricheProve permeabilità
24
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si misura (p. es. con un contatore) la portata qnecessaria per mantenere costante il dislivello idraulico himposto da una pompa tra foro e terreno
Interpretazione
q k F h
Prove in foro a carico costante
q
kF h
(F = coefficiente d’ingresso)
Misure piezometricheProve permeabilità
25
Esecuzione (in immissione/emungimento):
si registra nel tempo l’abbassamento/risalita zdel livello idrico nel foro, prodotto da un sovralzo/depressione iniziale
0
0
ln( ) ln( )F k
tA F kz
e z z tz A
per cui k si può ottenere:
• dalla pendenza locale:
• dal coefficiente angolare della retta di regressione Ak
F ln( )z t
Prove in foro a carico variabile
Interpretazione
1 2
2 1
ln( ) ln( )z zAk
F t t
i ek k kCompensazione errori
Misure piezometricheProve permeabilità
26Esecuzione di una prova di permeabilità in foro
Esecuzione delle letture con freatimetro
Misure piezometricheProve permeabilità
27
0,00001
0,0001
0,001
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, t (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eabi
lità,
k (c
m/s
)
PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m
0,1
1
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tempo, t (min)
alte
zze,
h (m
)
PS1 - ho = 0.55 mPS2 - ho = 9 m
Letture altezza acqua nel foro
(per diversi livelli iniziali)
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilità in foro
ln( )h A
kt F
2
3
ln 1.5 1 1.5
LF
L LD D
L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo
Misure piezometricheProve permeabilità
28Esecuzione di una prova di permeabilità in pozzetto
Esecuzione delle letture con asta graduata
Misure piezometricheProve permeabilità
29
Interpretazione mediante pendenza locale
Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto
0,00001
0,0001
0,001
0 60 120 180tempi (min)
coef
ficie
nte
di p
erm
eabi
lità,
k (c
m/s
)
PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm
50
100
150
0 60 120 180tempo, t (min)
alte
zza,
h (c
m)
PP1 - ho = 80cmPP2 - ho = 115cmPP3 - ho = 134cm
Letture livello acqua nel pozzetto (B 130 cm) per diversi livelli h0 iniziali
1 2
3 1 9
hh Bk
htB
zw
H
B > 10 ‐ 15 dmax
H < zw/7
B
h0
p.l.f.